REGULATION APPARATUS FOR THE AIR/FUEL RATIO OF AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Regulating apparatus for the charging air of internal combustion engines, comprising an intake a mass throughput meter (5), an exhaust gas sensor (6) and a regulator which, with the signals of the mass throughput meter (5) and of the exhaust gas sensor (6), variably regulates the fuel throughput in accordance with the working conditions in each case, characterised in that the exhaust gas sensor is an exhaust gas mass throughput meter and the fuel mass is determined, by means of an electronic regulator, from the difference of the intake air throughput and the exhaust gas mass throughput.

Description: Regel einrichtung für die Luftzahl von Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die Luftzahl von Brennkraftmaschinen, mit einem Ansaugluft-Durchsatzmesser, einem Abgassensor und einem Regler, der mit den Signalen des Durchsatzmessers und des Abgassensors den Kraftstoffdurchsatz entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen variabel regelt. Bei einer derartigen Regeleinrichtung, wie sie beispielsweise aus derDE-OS 24 07 859 bekannt ist, ist der Abgassensor üblicherweise eine sogenannte Lambda-Sonde, die auf einen Bestandteil des Abgases, hier Sauerstoff, anspricht. Eine derartige Sonde zeigt beiXerten der Luftzahl das heisst dem Verhältnis der zugeführten Luftmenge zu der für stöchiometrische Verbrennung notwendigen Luftmenge, von 1, das heisst einem stöchiometrischen Gemisch, ein charakteristisches Sprungverhalten. Aus diesem Grund ist es lediglich möglich, mit Hilfe der Lambda-Sonde die Luftzahl. auf den Wert 1 zu regeln. Verbrauchsoptimale Auslegungen erfordern aber Luftzahlwerte, di esentlich höher als 1, das heisst etwa beil,2 bis 1,4, liegen. Neben diesem Nachteil, mit Hilfe der Lambda-Sonde derartige magere Gemische üblicherweise nicht regeln zu können, ist die Verwendung der Lambda-Sonde nur bei bleifreiem Kraftstoff möglich. Damit scheidet die Verwendung beispielsweise in Westeuropa mit dem dort vorhandenen bleihaltigen Kraftstoff aus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Luftzahl auf beliebige Werte und unabhängig von der Qualität des Kraftstoffs bzw. dessen Zusätzen geregelt werden kann. DieErfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Abgassensor ein Abgas-Durchsatzmesser ist. Durch die Bestimmung der Durchsätze von Ansaugluft und Abgas lässt sich mit Hilfe der Massenstromverhältnisse die zugeführte KraftstoffmaSse bestimmen. Sie ist im stationären Betrieb bzw. im instationären Betrieb ohne Berücksichtigung von Phasenverschiebungen gleich der Differenz der Durchsätze von Abgas und Ansaugluft. Der Vorteil dieser rechnerischen Methode besteht darin, dass sie auch beispielsweise bei Kraftstoff-Einspritzsystemen mitKraftstaff- Rücklaufeine exakte Bestimmung der/zdugefBrhrternUKraftstoff- masse ermöglicht. Aus den so gewonnenen Werten für Ansaugluft- und Kraftstoffdurchsatz kann die tatsächliche Luftzahl in der üblichen Weise bestimmt und mit einem beispielsweise in Kennfeldern gespeicherten Sollwerten verglichen werden. Bei Abweichungen lässt sich ohne weiteres ein Korrektursignal für die Kraftstoffzumesseinrichtung gewinnen. Durch die Berücksichtigung des gesamten Abgasdurchsatzes sind ferner empfindliche und meist nicht langzeitstabile Abgassensoren für spezielle Abgaskomponenten nicht erforderlich. Vielmehr können die bereits für die Ansaugluft hinreichend bekannten Durchsatzmesser verwendet werden, die beispielsweise nach dem Hitzdraht-, dem Wirbel- oder dem Ultraschallverfahren arbeiten. Zwar ist es bekannt, die Luftzahl aus der Abgaszusammensetzung zu berechnen. Hierzu ist jedoch eine chemische Analyse des Abgases erforderlich. Aufgrund des damit verbundenen Zeitaufwands ist dieses Verfahren insbesondere bei instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine völlig ungeeignet. (Vgl. Motortechnische Zeitschrift 37 (1976) 3, Seite 75.) Um einerseits durch Pulsavtionserscheinungen der Asaug- luft und des Abgases verursachte Schwankungen des Ausgangssignals der beiden Durchsatzrresser zu eliminieren und andererseits ein schnelles Ansprechen auf Durchflussänderungen infolge von Lastwechsel zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, zu die Zeitbasen des Ansaugluft- und des Abgas-Durchsatzmessers etwa gleich der Dauer einer Kurbelwellenumdrehung zu wählen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ausgangssignale des Abgas- und des Ansaugluft-Durchsatzmessers etwa um die Laufzeit der Gasmassen zwischen den beiden a nessern in ihrer Phase zu verschieben. Dadurch werden die "richtigen" Gasmassen miteinander in Beziehung gesetzt. Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 erhält ihre Ansaugluft über einen Ansaugkanal 2, in den eine Einspritzdüse 3 Kraftstoff einbringt. Die Abgase werden über einen Abgaskanal 4 abgeführt. Im Ansaugkanal 2 und im Abgaskanal 4 sitzt jeweils ein Massenmesser 5 bzw. 6, der in der üblichen Weise als Hitz draht-, Wirbel- oder Ultraschallgeber auSgepildet ist, und der ein dem jeweiligen Massendurchsatz1proportionales Signal 5L bzw. sA liefert. Die Ausgangssignale der Massenmesser 5 und 6 werden in einem Integrator 7 bzw. 8 summiert. Die Zeitbasis der beiden Integratoren 7 bzw. 8 ist gleich der Dauer einer Xurbelwellenumdrehung gewählt. Ein entsprechendes Signal hierfür wird mit Hilfe eines induktiven Aufnehmers 9 gewonnen, der auf eine Markierung 10 eines Schwingungsdämpfers 11 der Brennkraftmaschine 1 anspricht. Die Ausgangssignale SL bzw. SA der beiden Integratoren 7 bzw. 8 entsprechen dem Ansaug- bzw. Abgas-(Massen-)Durchsatz pro Kurbelwellenumdrehung der Brennkraftmaschine. Der durch die Laufzeit bedingte Phasenverzug des Abgases gegenüber der Ansaugluft ist dabei zusätzlich durch eine entsprechende Verzögerung des die Arbeitsweise des Integrators 8 steuernden Impulssignals 12 eines Zeitbasis Generators 13 gegenüber dem entsprechenden Impulssignal 14 für den Integrator 7 berücksichtigt. Der Zusammenhang zwischen dem drehzahlproportionalen Signal des Aufnehmers 9 und den beiden Impulssignalen 12 und 14 ist schematisch innerhalb des Generators 13 dargestellt. Mit Hilfe der phasenrichtigen Signale 5L und SA lässt sich nunmehr die Luftzahl A berechnen. Hierzu wird von den Massenstromverhältnissen ausgegangen, die in der Zeichnung als Gleichung I wiedergegeben sind. Ein der Grösse m entsprechendes Signal liegt in Form des Signals 5A vor. Ein entsprechendes Signal für die Grösse mL ist das Signal SL. Die Differenz dieser beiden Werte ist dem Wert mK, das heisst dem Kraftstoffdurchsatz proportional. Die Proportionalitätskonstante ist, gleiche Arbeitsweise der Integratoren 7 und 8 vorausgesetzt, für die drei Werte von Gleichung I gleich. Daraus ergibt sich, dass die Luftzahl k dadurch gewonnen werden kann, dass in der ebenfalls in der Zeichnung angegebenen Gleichung II statt der dort verwendeten Werte für Luft- bzw. Kraftstoffdurchsatz die entsprechenden Ausgangssignale des Integrators 7 bzw. im Falle des Kraftstoffdurchsatzes die Differenz der Ausgangssignale der beiden Integratoren 8 und 7 gesetzt wird. Da der im Nenner des Bruches stehende Bruch eine von der Kraftstoffqualität abhängige Konstante ist, ergibt sich somit die Luftzahl des der Brennkraftmaschine tatsächlich zugeführten Gemisches unmittelbar durch entsprechende Umsetzung der Ausgangssignale der beiden Integratoren 7 und 8 entsprechend der Gleichung II in einer Rechenschaltung 15. Der so gewonnene Wert für rist für die Luftzahl des der Brennkraftmaschine tatsächlich zugeführten Gemisches wird in einen Sollwertvergleicher 16 eingegeben, der mit einem Sollwertspeicher 17 in Verbindung steht. Im Speicher 17 sind die Sollwerte der Luftzahl > entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine als Kennfelder gespeichert. Sofern Ist- und Sollwert der Luftzahlen nicht übereinstimmen, liefert der Sollwertvergleicher 16 ein Korrektursignal A Sk für eine Regeleinrichtung 18, die das Einspritzventil 3 steuert. Auf diese Weise ist es möglich, das S# zunächst gewählte Steuersignal S@ für das Einspritzventil 3 entsprechend den tatsächlichen Erfordernissen zu korrigieren und auf den richtigen Wert einzustellen. Mit Hilfe der Erfindung ist es somit möglich, die Luftzahl der Brennkraftmaschine, das heisst das zugeführte Gemisch, variabel zu regeln. Hierfür bedarf es neben dem ohnehin im wesentlichen meist vorhandenen Durchsatzmesser für die Ansaugluft le- diglich einet beispielsweise entsprechnd areitenden Durchsatzmessers für das Abgas.

Claims: P at e n t a n s p r ü c h e 1. Regeleinrichtung für die Luftzahl von Brennkraftmaschi nen, mit einem Ansaugluft-Durchsatzmesser, einem Abgas sensor und einem Regler, der mit den Signalen des Durch satzmessers und des Abgassensors den Kraftstoffdurchsatz entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen variabel regelt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Abgassensor ein Abgas-Durchsatzmesser (6) ist. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Zeitbasen des Ansaugluft- und des Abgas durchsatzmessers (5 bzw. 6) etwa gleich der Dauer einer Kurbelwellenumdrehung sind. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ausgangssignale des Abgas- und des Ansaugluft-Durchsatzmessers (5 bzw. 6) etwa um die Lauf zeit der Gasmassen zwischen den beiden Durchsatzmessern phasenverschoben werden.

Inventors: SALZER, LORENZ, DIPL.-ING.
Applicants: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: F02D5
IPC codes: F02D41