DE3039436C3

DE3039436C3 - Regeleinrichtung für ein Kraftstoffzumeßsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3039436C3
Application number: DE3039436A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl Ing Becker; Albrecht Dipl Ing Clement; Rolf Ing Grad Daeumer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-18
Filing date: 1980-10-18
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2000-10-19
Also published as: JPH01134745U; JPS5799246A; DE3039436A1; JPH0528365Y2; US4461258A; DE3039436C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Regeleinrichtung für das Kraftstoff zumeßsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aus. Ein solches System ist aus der DE-OS 25 47 141 bekannt. Diese Schrift beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Totzeiten in der Regelstrecke auf das Regelverhalten. Eine solche Totzeit entsteht beispielsweise durch die Zeitverzögerung zwischen einer Änderung der Gemischzusammensetzung auf der Ansaugseite und der Registrierung dieser Änderung durch die Lambdasonde auf der Abgasseite der Brennkraftmaschine. Diese Zeitverzögerung führt, da sie einerseits die Frequenz und die Amplitude der Regelschwingung mitbestimmt und andererseits von Last und Drehzahl abhängt, zu einer unerwünschten Last- und Drehzahlabhängigkeit der Regelschwingung. Zur Vermeidung größerer Schwankungen der Amplitude werden im beschriebenen Verfahren die Proportional- und Integralanteile der Regelung last- und drehzahlabhängig so verändert, daß sie die Amplitude gegensinnig zum Einfluß der Totzeiten so beeinflussen, daß in der Summe die Amplitude der Regelschwingung nicht verändert wird. Die Verwendung betriebskenngrößenabhängiger Regelparameter dient hier demnach nur zur Kompensation einer systemimmanenten Störung in Form der Totzeit.

Die DE-OS 26 58 940 beschreibt ein Verfahren zur Anpassung der Lambdaregelung an unterschiedliche Abgasreinigungsanforderungen und Brennkraftmaschinentypen. Je nachdem, für welche Schadstoffe der Katalysator seine größte Wirkung entfalten soll, ist ein anderer Lambdawert von Vorteil. So begünstigt zum Beispiel ein Lambdawert kleiner 1 die Reduzierung von Stickoxiden während für die Oxidierung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid ein Lambdawert größer 1 vorteilhaft ist. Für die Abstimmung der Regelung auf einen gewünschten, für alle Betriebszustände festen Lambdawert wird eine Verschiebung des Lambda-Mittelwertes vorgeschlagen, die dadurch hervorgerufen wird, daß für fettes und mageres Gemisch unterschiedliche Gradienten des Integratorausgangssignals festgelegt werden.

Dieses Verfahren besitzt insbesondere den Nachteil, daß Betrag und Richtung der Mittelwertverschiebung nicht den individuellen Erfor dernissen bei verschiedenen Betriebszuständen angepaßt werden können.

Die DE-OS 28 02 860 behandelt die Möglichkeit der Korrektur der Kraftstoff-/Luft-Gemischzusammensetzung durch das gesteuerte Ein blasen von Luft in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine. Die Ansteuerung eines dafür benutzten Ventils geschieht dabei mit Hilfe von Vorsteuerwerten, die in einem über Last und Drehzahl adressier baren Speicher abgelegt sind und die durch einen Digitalrechner zu einem Steuersignal weiterverarbeitet werden.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Verfahren nicht in allen Betriebszuständen exakt genug arbeiten und damit nicht immer zu einem sauberen Abgas der Brennkraftmaschine bei akzeptablem Fahr verhalten führen. Dies vor allem in Übergangsbereichen wie z. B. Beschleunigung oder Schub in den Randbereichen.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem der mittlere Lambda-Istwert in wechselnden Betriebszuständen auf vor bestimmte Werte verschoben werden kann. Diese Verschiebung hat eine gezielte Änderung des Katalysatorwirkungsgrades für die einzelnen Schadstoffkomponenten zur Folge. Daraus ergibt sich als besonderer Vorteil des Verfahrens die Möglichkeit, die Emission einer Schad stoffkomponente, die in bestimmten Betriebszuständen wie Beschleuni gung oder Schub verstärkt auftritt, zu verringern.

Erreicht wird dies durch die passende Wahl der Proportional- und Integralanteile bezüglich der drehzahl- und lastabhängigen Totzeiten des Systems, die durch die Gaslaufzeiten und die Totzeit der Abgassonde gegeben sind.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die einzelnen Integral- und Proportionalwerte unterschiedlich zu wählen und darüber hinaus die einzelnen Drehzahl- und/oder Last bereiche unterschiedlich fein über den ganzen Bereich abzu stufen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein grobes Blockschaltbild der Regeleinrichtung für ein Kraftstoffzumeßsystem einer Brenn kraftmaschine. Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise des Gegenstandes von Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines einzelnen Last-Drehzahl- Kennfeldes für das Bereitstellen der P- oder I-Werte des Reglers, und Fig. 4 ein grobes Blockschaltbild zur Arbeits weise der Speicher mit den Kennfeldern.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Fig. 1 zeigt in grobem Blockschaltbild eine Regeleinrichtung für ein Kraftstoffzumeßsystem bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet. Sie besitzt ein Luftansaugrohr 11 sowie eine Abgasleitung 12. Ein Zeitglied 13 bestimmt aus Drehzahl und Last ein Grundeinspritz-Zeitsignal der Dauer t_L; das in einer nachfolgenden Multiplizierstufe 14 multiplikativ korrigiert, darüber hinaus zusätzlich je nach Betriebsbereich verändert und schließlich einem nicht näher dargestellten Kraftstoff zumeßventil im Bereich des Luftansaugrohrs 11 zugeleitet wird. Die Komponenten 13 und 14 bilden auf diese Weise eine Zumeßsignalerzeugerstufe (13, 14).

Der Korrekturfaktor F_R, entstammt einem Proportional (P)- und Integral (I)-Regler 16, dem Regelparameter-Kennfelder über einen Speicher 16a zugeordnet sind. Eingangs größen des PI-Reglers 6 sind Signale bezüglich Last (Q/n), Drehzahl (n) und Abgaszusammensetzung. Ein Vergleicher 17 liefert dieses Signal bezüglich der Gaszusammensetzung und in ihm wird ein λ-Istwert ausgehend von einer Abgassonde 18 mit einem λ-Sollwert verglichen.

Die einzelnen in Fig. 1 gezeichneten Komponenten sind für sich bekannt. Die meisten von ihnen sind handelsübliche Bauteile. Der erwähnte PI-Regler 16 läßt sich rechner gesteuert per Programm realisieren. Seine Darstellung mit Einzelbausteinen könnte in der Art erfolgen, daß einem Zähler bestimmte Werte übertragen werden zur Bildung des P-Anteils, während für die Rea lisierung des I-Anteils dieser Zähler mit einer bestimmten Zählfrequenz beaufschlagt wird.

Erklärt wird die Wirkungsweise des Gegenstandes von Fig. 1 zweckmäßigerweise anhand der in Fig. 2 dargestellten Kurven züge. Dort zeigt der Kurvenzug a das Ausgangssignal der Abgassonde 18. In Fig. 2b ist das Vergleicherausgangssignal dargestellt. Es steuert beim PI-Regler 16 den jeweiligen Umschaltpunkt (siehe Fig. 2c). Erkennbar ist aus dem dritten Kurvenzug von Fig. 2 ein jeweiliger Sprung im Reglerausgangs signal entsprechend dem P-Anteil, dem sich entsprechend dem Vorzeichen des Sprunges eine Treppenfunktion anschließt. Im Ergebnis ergibt sich auf diese Weise ein PI-Verhalten.

Entsprechend der Darstellung von Fig. 2c besitzen die beiden P-Anteile unterschiedliche Werte, und darüber hinaus der I-Anteil unterschiedliche Steigungen, die z. B. mittels einer variablen Zählfrequenz je nach Zählrichtung realisierbar sind.

Um eine hohe Regelfrequenz zu erreichen, sollte der positive und negative P-Anteil so gewählt sein, daß er mindestens die Hälfte der momentanen Regelschwingung beträgt. In manchen Fällen, z. B. aus Abgasgründen, wird man jedoch eine niedrige Frequenz in Kauf nehmen, um eine gewünschte feinstufige Unsymmetrie darstellen zu können. Durch passende Wahl der Proportional- und Integralanteile kann die Regelung auf die drehzahl- und lastabhängigen Totzeiten des Systems, die durch die Gaslaufzeiten und die Totzeit der Abgassonde gegeben sind, abgestimmt werden.

Durch unsymmetrische P- und I-Anteile, d. h. unterschiedliche Werte beim Übergang von magerem zu fettem oder fettem zu magerem Gemisch, läßt sich der Mittelwert von λ definiert so verschieben, daß die einzelnen Abgaskomponenten in allen Betriebspunkten den gewünschten Werten weitgehend angepaßt werden. Die Integratorsteilheit des Reglers wird automatisch an die Drehzahl angepaßt, in dem je Umdrehung der Kurbelwelle der I-Regler um eine bestimmte Anzahl von t_i-Inkrementen nachgestellt wird.

Im Hinblick auf eine genaue Anpassung der Regelung an den Motorbetrieb lassen sich die Regelparameter in Form von Kennfeldern frei wählen.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines derartigen Kennfelds, in dem sowohl die einzelnen P- als auch die I-Anteile in Form von Steigungswerten abspeicherbar sind. Bei diesem betreffenden Beispiel sind vier Drehzahlspalten A bis D und insgesamt acht Lastspalten 0 bis 7 vorgesehen. Der Lastbereich ist i. a. deshalb feinstufiger gewählt, weil die Lastabhängigkeit stärker bei der Kraftstoffzumessung zu berücksichtigen ist. So kann z. B. die Zeile 0 die einzelnen Werte für den Leerlauffall enthalten, und die restlichen Zeilen 1 bis 7 sind feinstufigen Teillastgebieten zugeordnet. Für Vollast ist hier deshalb keine Zeile vorgesehen, weil in diesem Betriebsbereich ohnehin die λ-Regelung vorzugsweise ausgeschaltet ist, und die Kraftstoffzumessung mit Steuerung arbeitet.

Der weiteren Verdeutlichung des prinzipiellen Aufbaus des PI-Reglers dient Fig. 4. Dort gelangt das Ausgangssignal vom Vergleicher 17 in zu einer Abfragestelle 20 und je nach Vergleicherausgangssignal wird nun ein positiver oder negativer Sprung- und Steigungswert für den PI-Regler ausgelesen. Die jeweils ausgelesenen Daten werden dann im eigentlichen PI-Regler 16 weiter verarbeitet.

Über die einzelnen gespeicherten Werte - die aus Versuchen ermittelt werden und für einen speziellen Brennkraftmaschinentyp gelten - lassen sich die Regelparameter so wählen, daß sich für alle Komponenten des Abgases ein möglichst niedriger Wert ergibt. Genauso gut kann man jedoch die Regelung in einzelnen Punkten bewußt "verstimmen", um das Gesamtergebnis eines Tests bei einer gewünschten Komponente (z. B. NO, NOx) zu verringern. In Drehzahl-Lastpunkten, in denen eine hohe NO-, NOx-Emission vorliegt (etwa bei Beschleunigungen) kann man z. B. eine leichte Verschiebung nach λ < 1 vornehmen, oder bei solchen mit hoher HC-Emission eine Verschiebung nach mager.

Für jeden Kennfeldpunkt läßt sich somit die Richtung der Verschiebung (fett oder mager) und ihre Größe individuell festlegen.

Dadurch, daß man die Integratorsteigung in Veränderung pro Zündung oder pro Umdrehung (beispielsweise i-Inkremente pro Umdrehung oder ein Inkrement pro Kurbelwellen-Umdrehungen) festlegt, wird automatisch eine Anpassung an die jeweilige Drehzahl erhalten.

Als Vorteile der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung sind somit zu nennen:

- Die Kennfeldstützstellen sind nach Anzahl und Abstufung in Last- und Drehzahlrichtung je nach Anforderung, z. B. bezüglich Testzyklus und Fahrzeugtyp, frei wählbar.
- Die Richtung einer gewollten λ-Verschiebung und
- die Größe der Verschiebung sind für jeden Kennfeldpunkt unabhängig festzulegen.
- Die Größe des Regelhubes ist über die Größe der P-Anteile bzw. über die Integratorsteilheiten für jeden Kennfeldpunkt einzeln wählbar.

Daraus ergibt sich sowohl eine geringere Schadstoffemission als auch ein besseres Fahrverhalten.

Claims

1. Regeleinrichtung für ein Kraftstoffzumeßsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Abgassonde (18) in einer Abgasleitung (12), mit einer Zumeßsignalerzeugerstufe (13, 14), die abhängig von Betriebsparametern (n, Q) Kraftstoffzumeßsignale bestimmt, mit einem Vergleicher (17) zum Vergleich des Ausgangssignals der Abgassonde (18) mit einem vorbestimmten Wert und mit einem dem Vergleicher nachgeschalteten Proportional (P)- und Integral (I)-Regler (16), dessen P- und I-Anteile von Betriebsparametern (n, Q/n) abhängig sind und dessen Ausgangssignal die Kraftstoffzumessung beeinflußt, gekennzeichnet durch

einen Speicher (16a, 21, 22), in dem eine Vielzahl von vorbestimmten positiven und negativen Werten entsprechend den P- und I-Anteilen in Abhängigkeit von Betriebsparametern (n, Q/n) gespeichert sind,
- wobei die abgespeicherten Werte so bestimmt sind, daß sich im Regelbetrieb bei den einzelnen Betriebsparametern vorbestimmte Lambda-Verschiebungen ergeben, die so gewählt sind, daß sich entweder für alle Komponenten des Abgases ein möglichst niedriger Wert ergibt, oder daß in bestimmten Betriebszuständen die Emission jeweils verschiedener Abgaskomponenten (NO, NOx, HC . . .) bevorzugt vermindert wird
- und wobei bei den einzelnen Betriebsparametern (n, Q/n) die P- und I-Anteile beim Übergang von magerem zu fettem Gemisch gegenüber dem Übergang von fettem zu magerem Gemisch auf unterschiedliche Werte festlegbar sind.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Speicherung maßgebenden Betriebsparameter die Drehzahl (n) und die Last (Q/n) sind.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß Drehzahl- und Lastwerte im Teillastgebiet relativ feinstufig unterteilt sind.