DE19754218A1 - Kraftstoffzumeßsignalbildung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft die Bildung von Kraftstoffzumeßsignalen für eine Brennkraftmaschine.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, einen Basiswert eines Kraftstoffzumeßsignals aus Signalen für die Drehzahl und die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine zu berechnen. Dieser Basiswert wird durch weitere Korrekturgrößen zur Anpassung an Betriebszustände wie Nachstart, Warmlauf, Beschleunigung, Vollast usw. korrigiert. Zusätzliche Korrekturen können sich beispielsweise aus Anforderungen von Überhitzungsschutz-, Klopfschutz- oder auch Katalysatorheizmaßnahmen ergeben. Mit zunehmender Zahl von Korrektureingriffen vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit, daß unerwünschte Kumulationseffekte zeitgleich wirkender Korrektureingriffe auftreten. Beispielsweise könnte eine kumulierte Anfettung aus Gründen des Klopfschutzes, des Warmlaufes und der Vollast eine den tatsächlichen Bedarf übersteigende Anfettung bewirken. Analog könnten sich abmagernd wirkende Korrekturen, wie sie beispielsweise zur Aufheizung von Katalysatoren verwendet werden, mit den genannten anfettend wirkenden Größen in unerwünschter Weise kompensieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kraftstoffzumeßsignalbildung weiter zu optimieren und die genannten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung unterscheidet zwischen der Bildung eines vorläufigen Kraftstoffzumeßsignals und der Bildung eines letztlich gültigen Kraftstoffzumeßsignals. Das vorläufige Kraftstoffzumeßsignal wird so gebildet, daß sich bei seiner Verwendung ein erster Lambdasollwert, vorzugsweise Lambda = 1 einstellen würde. In die Bildung dieses Signals werden Gemischkorrekturfaktoren zur Berücksichtigung von Wandfilmeffekten bei der Saugrohreinspritzung und - sowohl bei Saugrohr- als auch bei Benzindirekteinspritzung - zur Vermeidung unvollständiger Verbrennungen im Warmlauf und Nachstart dienende Korrekturen eingerechnet. Das letztlich gültige Kraftstoffzumeßsignal wird daraus durch gewichtendes Verknüpfen mit einem weiteren Lambdasollwert gebildet, der abhängig von Betriebszuständen gebildet wird und von Lambda = 1 abweichen kann.

Ein wesentliches Element der Erfindung liegt in der Auswahl des weiteren Lambdasollwerts aus ggf. mehreren Lambdasollwertforderungen aus unterschiedlichen Brennkraftmaschinensteuerungsfunktionen. Erfindungsgemäß wählt eine Prioritätssteuerung den wichtigsten Wunsch aus. Damit wird das Gemisch korrigiert.

Die Aufteilung in Gemischkorrekturen und der Lambdasollwerte ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sinnvolle Gemischeinstellung auch dann, wenn mehrere konkurrierende Lambdasollwertwünsche vorliegen. Moderne Steuergeräte benutzen den Zusammenhang zwischen dem Drehmoment, das von der Brennkraftmaschine aufgebracht wird und dem Lambdawert im Rahmen einer drehmoment-orientierten Motorsteuerung, beispielsweise einer elektronischen Drosselklappenpositionssteuerung.

Das erfindungsgemäß gebildete Kraftstoffzumeßsignal entspricht einem im Steuergerät bereits vorliegenden Lambdasollwert. Mit anderen Worten: Der aus einer Vielzahl möglicher Korrekturen des Kraftstoffzumeßsignals resultierende Lambdawert muß nicht mehr berechnet werden. Daraus ergibt sich eine verminderte Rechnerbelastung, was insbesondere bei Steuergeräten, die rechenzeitintensive Diagnosefunktionen durchführen, von besonderem Vorteil ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren erläutert. Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form von Funktionsblöcken dar. Block 1 repräsentiert die Sensorik als Summe der Sensoren einer Brennkraftmaschine. Diese liefern Signale über Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie Drehzahl n, Ansaugluftmassenstrom mL, Kühlmitteltemperatur Tmot, Lambdaistwert usw. an das Steuergerät 2. In einen Block 2.1 wird aus einem Teil dieser Signale ein Signal rl für die Luftfüllung im Zylinder der Brennkraftmaschine gebildet. rl repräsentiert damit in Verbindung mit der Zahl der Zylinder die in die Brennkraftmaschine strömende Luftmenge als erstes Signal bei der Bildung des Kraftstoffzumeßsignals. Die Blöcke 2.2 bis 2.4 bilden wiederum aus einem Teil der Sensorsignale Korrekturfaktoren fgk1, fgk2, fgk. Diese werden in Blöcken 2.5 bis 2.7 beispielsweise multiplikativ mit dem Signal rl zum Kraftstoffzumeßsignal teλ1 für λ = 1 verknüpft. Das Signal teλ1 entspricht damit einem Signal, das auf der Basis des ersten Signals für die in die Brennkraftmaschine strömende Luftmenge so gebildet ist, daß sich bei seiner Verwendung als Kraftstoffzumeßsignal ein erster Lambdasollwert einstellt. Beispiele für die genannten Korrekturgrößen sind Korrekturfaktoren für eine Nachstart- oder Warmlauf- oder Beschleunigungsanreicherung, eine Wandfilmkorrektur sowie der von der Lambdaregelung bereitgestellte Regelfaktor. Soweit bis hier dargestellt entspricht die Signalverarbeitung bekannten Systemen. Im Stand der Technik wird ein vergleichbares teλ1 direkt zur Ansteuerung eines Kraftstoffzumeßmittels 2.8, beispielsweise einer Einspritzventilanordnung verwendet. Dabei werden ggf. weitere Gemischkorrekturen aus Funktionsblöcken Katalysatorheizung, Fahrerwunsch usw. kumulativ, d. h. zeitlich parallel mit dem Signal rl verknüpft.

Im Unterschied zum Stand der Technik werden erfindungsgemäß in den Funktionsblöcken 2.9 bis 2.12 verschiedene zweite Lambdasollwerte gebildet, wobei jeweils verschiedene Ziele verfolgt werden können. Den Funktionsblöcken 2.9 bis 2.12 werden dazu ebenfalls Signale der Sensorik 1 zugeführt.

Der Überhitzungsschutzblock 2.9 kann in Abhängigkeit von Eingangsparametern die Temperaturen verschiedener Teile des Systems modellieren und beim Erreichen kritischer Temperaturwerte einen fetten Lambdasollwertwunsch äußern, da eine Anfettung bekanntlich kühlend wirkt. Temperaturkritische Bauteile sind beispielsweise die Auslaßventile, der Abgaskrümmer oder der Katalysator. Die Temperatur dieser Teile kann auch gemessen werden.

Der Funktionsblock 2.10 zielt auf eine Optimierung des Lambdasollwerts mit der Rücksicht auf den Fahrerwunsch. Beispielsweise kann Block 2.10 im Teillastgebiet einen mageren Sollwert herausgeben, um den Verbrauch zu optimieren und im Vollastgebiet, wenn der Fahrer volle Leistung wünscht, einen fetten Lambdasollwert vorgeben.

Für eine schnelle Aufheizung des Katalysators auf seine Betriebstemperatur kann beispielsweise ein leicht mageres Gemisch sinnvoll sein. Unter entsprechenden Bedingungen gibt der Block 2.11 einen Lambdasollwunsch λSoll1 < 1 heraus.

Als weiteres Beispiel eines Funktionsblocks für eine Lambdasollwertvorgabe dient Block 2.12, der einen oberen und einen unteren Lambdawert als Laufgrenzen der Brennkraftmaschine herausgibt. Außerhalb des durch diese Grenzwerte definierten erlaubten Bereichs können Probleme bei der Verbrennung auftreten. Diese Grenzwerte sind z. B. abhängig von der Motortemperatur.

Erfindungsgemäß wird aus diesen Lambdasollwerten derjenige ausgewählt, der bei den aktuellen Randbedingungen die höchste Priorität besitzt. Dies geschieht in dem Block 2.13. Der Kehrwert des Lambdasollwertwunsches der höchsten Priorität wird anschließend im Block 2.14 mit dem Kraftstoffzumeßsignal für λ = 1 verknüpft. Besitzt beispielsweise der Fahrerwunsch nach voller Leistung die Priorität, gibt Block 2.13 den Kehrwert des von Block 2.9 gewünschten Lambdasollwerts < 1 heraus. Durch Multiplizieren des Kraftstoffzumeßsignals für λ = 1 mit dem Kehrwert des Lambdasollwerts < 1 ergibt sich eine Vergrößerung des Kraftstoffzumeßsignals und damit die in diesem Beispiel gewünschte Anfettung über eine Verlängerung der Einspritzimpulsbreiten.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Priorisierung. Aus dem Lambdawunsch des Fahrers und des Überhitzungsschutzes wird im Block 2 .14 der kleinere Wert (fetteres Gemisch) ausgewählt. Diese Minimalauswahl wird ignoriert, wenn der Katalysator leicht mageres Gemisch zum Aufheizen fordert. In der Fig. 3 entspricht dies dem Umschalten vom Ausgang des Blocks 2.14 auf Block 2.11 durch den Schalter 2.15, der durch die Anforderung einer Katalysator-Heizfunktion gesteuert wird. Bei kaltem Katalysator kann nicht gleichzeitig der Krümmer zu heiß sein. Ein Lambdawunsch vom Motorschutz muß in diesem Fall nicht beachtet werden. Der resultierende Lambdawunsch wird anschließend auf den Laufbereich des Motors begrenzt. Dies geschieht im Block 2.16, dem dazu zusätzlich die Lambdawerte der Laufgrenzen lambdamax und lambdamin aus den Blöcken 2.12 zugeführt werden. Das resultierende Lambda am Ausgang des Blockes 2.16 bildet gleichfalls den Ausgangswert des Blockes 2.13 und beeinflußt, wie in Fig. 1 dargestellt, die Bildung des Kraftstoffzumeßsignals.

Das bisher skizzierte Ausführungsbeispiel basiert auf der Annahme einer Zweipunktlambdaregelung auf λ = 1. Bei diesem Regelungstyp wird die Regelung ausgeschaltet, wenn ein λ ungleich 1 einzustellen ist. In der Struktur der Fig. 1 entspricht dies der Ausgabe eines Festwertes anstelle einer auf λ = 1 zielenden Stellgröße fgk.

Die Einstellung von Lambdawerten ungleich 1 ergibt sich im dargestellten Beispiel durch Verknüpfen des Kraftstoffzumeßsignals für λ = 1 mit dem Kehrwert des von λ = 1 abweichenden, von der Priorisierung ausgewählten Sollwertes.

Bei Verwendung von Breitbandregelungen, d. h. von Regelungen, die auch für Sollwerte λ ungleich 1 geeignet sind, kann die Regelung mit geändertem Sollwert weiterarbeiten. In diesem Fall wird der Sollwert nicht nur mit dem ersten Kraftstoffzumeßsignal verknüpft, sondern er wird parallel als neuer Sollwert einem Lambdaregler zugeführt.

Eine weitere Modifizierung des Lambdasollwertes für den Regler ist dann nur für den Fall der Zufuhr von Sekundärluft hinter die Auslaßventile der Brennkraftmaschine notwendig. In diesem Fall sieht die hinter der Brennkraftmaschine angeordnete Breitbandsonde ein anderes Lambda als im Brennraum herrscht bzw. herrschen soll. Da das Signal der Breitbandsonde zur Regelung dient, muß der Sollwert für den Regler entsprechend korrigiert werden. Wird dem Motor beispielsweise die Luftmenge msl zugeführt und dem Abgas die zusätzliche Sekundärluftmenge mssls, registriert die Breitbandsonde ein Lambdaist, das einer Gesamtluftmenge msl + mssls entspricht. Das von der Breitbandsonde registrierte Lambda ist um den Faktor (msl + mssls)/msl größer als das Lambda im Brennraum, das für die Luftmasse msl bestimmt wurde. Um eine hier unerwünschte anfettende Reaktion des Lambdareglers zu vermeiden, wird der Sollwert für den Lambdaregler ebenfalls um den Faktor (msl + mssls)/msl vergrößert.

Dies ist in der Fig. 3 dargestellt. Das Ausgangssignal des Blocks 2.13 dient als Lambdasoll-Brennraum der Bildung des Kraftstoffzumeßsignals. In einem Block 3.1 wird Lambdasoll- Brennraum durch Multiplikation mit einem Faktor a/b zu einem Sollwert Lambdasoll-Regler umgeformt.

Der Umformfaktor a/b ergibt sich als Summe aus Ansaugluftmasse msL und Sekundärluftmasse mssLs, dividiert durch die Ansaugluftmasse msL.

Claims (6)

1. Verfahren zur Berechnung eines Kraftstoffzumeßsignals zur Einstellung eines vorgegebenen Wertes Lambda für die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luftgemisches einer Brennkraftmaschine mit den Schritten:

• - Bildung eines ersten Signals, das die in die Brennkraftmaschine strömende Luftmenge repräsentiert,
• - Bildung eines zweiten Signals auf der Basis des ersten Signals so, daß sich bei Verwendung des zweiten Signals als Kraftstoffzumeßsignal ein erster Lambdasollwert einstellt,
• - Bildung von verschiedenen weiteren zweiten Lambdasollwerten, als Funktion von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
• - Auswahl desjenigen zweiten Lambdasollwertes mit der höchsten Priorität,
• - Bildung des Kraftstoffzumeßsignals durch Wichten des zweiten Signals mit dem zweiten Lambdasollwert der höchsten Priorität.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein zweiter Lambdasollwert auf

• - dem Fahrerwunsch
• - der Notwendigkeit eines Überhitzungsschutzes (Tmot- Schutz)
• - einer Katalysatorheizstrategie (Kat-Heiz) sowie auf dem Erfordernis der Einhaltung der Laufgrenzen der Brennkraftmaschine (Laufgrenzen) basiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzumeßsignal unter Einrechnung wenigstens einer Korrekturgröße (fgk) gebildet wird, die so beschaffen ist, daß sich ohne Wichten des zweiten Signals mit dem zweiten Lambdasollwert der höchsten Priorität der erste Lambdasollwert einstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lambdasollwert dem stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnis entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Korrekturgröße multiplikativ in das Kraftstoffzumeßsignal eingerechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Priorisierung die verschiedenen Lambdasollwerte mit steigender Priorität nach folgender Reihenfolge angeordnet sind

• - von den beiden Lambdasollwerten für den Motorschutz und den Fahrerwunsch wird dem jeweils kleineren die höhere Priorität zugeordnet;
• - eine höhere Priorität wird dem Lambdasollwert einer Katalysatorheizstrategie zugeordnet;
• - der resultierende Lambdasollwert wird auf einen oberen und einen unteren Grenzwert beschränkt.