DE3124676C2

DE3124676C2 -

Info

Publication number: DE3124676C2
Application number: DE3124676A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 7000 Stuttgart De Auth; Gunter 7250 Leonberg De Felger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1991-02-21
Also published as: US4442817A; DE3124676A1; JPS57212334A; JPH0459461B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektronisch gesteuerten Kraft stoffzumeßsystem nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Die DE-OS 27 30 100 und die DE-OS 28 45 043 offenbaren Einrichtungen zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Betriebsgemisches einer Brennkraftmaschine, wobei insbesondere während Beschleunigungsvor gängen die Lambdaregelung ausgeschaltet und auf einen Steuerbetrieb übergegangen wird.

Die DE-OS 26 06 625 offenbart eine Lambdaregelung mit einem Inte gralanteil, dessen Steigung zwischen den Schaltpunkten der Lambda sonde jeweils mit zunehmender Dauer geringer wird. Dadurch sollen zu große Gemischschwankungen aufgrund des Pendelns des Integrator signals vermieden werden.

In vermeintlichem Gegensatz dazu steht die Offenbarung der DE-PS 22 06 276. Deren Lehre besteht darin, bei einem Ausbleiben des Schaltens der Lambdasonde innerhalb eines bestimmten Zeitraumes das Integratorsignal zu versteilern, um auf diese Weise das Gemisch schneller in Richtung auf einen Schaltpunkt zu verändern.

Schließlich zeigt die DE-OS 22 29 928 ein Lambdaregelungssystem mit einer von Betriebskenngrößen, insbesondere dem Luftdurchsatz im Ansaugrohr abhängigen Integratorsteigung.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Systeme nicht in allen Betriebszuständen zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern vermögen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die im Regelbetrieb nach einem instationären Zustand auftretenden unerwünschten Abgasspitzen zu verringern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumeßsystem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs stellt einen fortlaufend optimalen Betrieb der Brenn kraftmaschine sicher. Hinzu kommt, daß bei stationären Betriebszu ständen das Pendeln der Fett-Mager-Wechsel zu zunehmend geringerer Amplitude erfolgt mit der Folge verbesserter Abgaswerte.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines elektronisch gesteuerten Kraftstoffzumeßsystems für eine Brennkraftmaschine mit einer Gemischregeleinrichtung,

Fig. 2 einen Ausschnitt in Blockdarstellung aus einem rechnerge steuerten Steuersystem für Kraftstoffzumessung und

Fig. 3 verschiedene Diagramme zur Erläuterung der erfindungsgemä ßen Gemischregeleinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer Kraftstoffeinspritzanlage und einer λ-Regelungseinrichtung mit einer Sonde im Abgas der Brennkraftmaschine beschrieben. Es sei betont, daß die Erfindung unabhängig von der Art der Kraftstoffzumessung ist und prinzipiell auch unabhängig von der Erfassung eines Signals des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Das heißt, daß der Sensor zum Erfassen des Kraftstoff-Luft- Gemisches nicht auf die Verwertung eines Abgassignals be schränkt ist, sondern auch auf der Ansaugseite der Brenn kraftmaschine lokalisiert sein kann.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Zeitglied bezeichnet, das eingangs seitig Signale von einem Drehzahlsensor 11 und einem Luft mengenmesser 12 erhält und ausgangsseitig ein nicht korri giertes Einspritzsignal der Dauer tp abgibt. Dieses Signal wird in einer nachfolgenden Korrekturstufe 13 abhängig von Betriebskenngrößen wie z. B. der Temperatur oder Beschleu nigungsvorgängen korrigiert und letztlich bestimmt dieses korrigierte Einspritzsignal die Öffnungsdauer eines nicht näher dargestellten Einspritzventils 14. Die Korrekturstufe 13 weist einen weiteren Eingang 15 für ein Signal von einer λ-Sonde 16 auf zur Realisierung der Gemischregeleinrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Gegenstand ist seit langem Stand der Technik. In neuerer Zeit werden die signalverarbeitenden Blöcke 10 und 13 zunehmend durch Rechnersteuerungen ersetzt, was ebenfalls prinzipiell bekannt ist.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem rechnergesteuerten System zusammen mit der erfindungsgemäßen Erweiterung, die zur besseren Erläuterung hier in Form getrennter Blöcke dargestellt ist. Im allgemeinen wird man sie innerhalb des Rechners in den Blöcken 18 und 20 realisieren. Mit 18 ist der Rechner selbst bezeichnet, der über einen Datenbus 19 mit wenigstens einer Speichereinheit 20 in Verbindung steht. Über den Datenbus ge langen auch die Eingangsdaten von einem Eingangskreis 21 in die Signalverarbeitung und entsprechend die errechneten Werte zu einem Ausgangskreis 22, der dem elektromagnetischen Ein spritzventil 14 vorangeschaltet ist.

Ein Integralregler ist mit 25 bezeichnet. Er steht ebenfalls mit dem Datenbus 19 in Verbindung und darüber hinaus erhält er Steuersignale über ein UND-Gatter 26 aus einer Δ-Abfrage einheit 27 und einem Überwachungsschaltkreis 28 für das Aus gangssignal der λ-Sonde 16. Die Δ-Abfrageeinheit 27 spricht auf Änderungen in den Ausgangssignalen der Senso ren für Drehzahl 11, Luftmenge 12 und Temperatur 29 an und erlaubt somit das Bestimmen von stationären und in stationären Zuständen der Brennkraftmaschine. In dieser Einheit 27 werden bei Beginn eines stationären oder quasi stationären Bereichs die Werte der Eingangsgrößen gespei chert und laufend mit den momentan anliegenden Werten ver glichen. Sobald die Abweichung Δ für eine dieser Eingangs größen einen jeweils vorgegebenen Wert überschreitet, wird in der Einheit 27 derart umgeschaltet, daß die jeweils an liegenden Werte der Eingangsgrößen in den entsprechenden Speicher übernommen werden. Am Ausgang der Δ-Abfrageein heit 27 erscheint dann das Signal für einen nicht statio nären Bereich, wodurch die Gemischregelung abgeschaltet und auf Steuerbetrieb umgeschaltet wird. Unabhängig davon werden jedoch weiterhin die Eingangswerte auf ihre Bestän digkeit hin abgefragt. Verkleinern sich die Abweichungen wieder, dann erscheint am Ausgang der Δ-Abfrageeinheit 27 wieder das Signal für quasi-stationären Betrieb, wodurch die Gemischregelung erneut aktiviert wird.

Beispielhaft erhält die Δ-Abfrageeinheit 27 in der Dar stellung von Fig. 2 drei Eingangswerte. Selbstverständlich liegt hier keine Beschränkung vor, und die Eingangsgrößen können allgemein als Ei(tn) bezeichnet werden. Unter anderem zur Taktsteuerung sind die Δ-Abfrageeinheit 27 und der Überwachungsschaltkreis 28 für das Ausgangssignal der λ- Sonde 16 ebenfalls mit dem Datenbus 19 verbunden.

Fig. 3 zeigt verschiedene Diagramme zur Erläuterung der Er findung. Das Zeitdiagramm nach Fig. 3 I gibt an, wann die Δ- Abfrageeinheit 27 von Fig. 2 entsprechende Signale je nach Betriebszustand abgibt. Dabei veranschaulicht ein Null-Si gnal einen stationären bzw. quasi-stationären Betrieb und ein 1-Signal das Vorliegen eines nicht-stationären oder Über gangsbetriebes.

Da die Gemischregeleinrichtung nur während stationären Be triebszuständen arbeiten soll, wird die λ-Regeleinrichtung bei den Gegenständen nach Fig. 1 und 2 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 II eingeschaltet.

Fig. 3 III bis Fig. 3 V zeigt Einzelheiten bezüglich der Arbeitsweise der Gemischregeleinrichtung.

Wenn die Δ-Abfrageeinheit 27 und der Überwachungsschaltkreis 28 die λ-Regelung entsprechend Fig. 2 II aktivieren, dann läuft der Integralregler 25 von einem Korrekturwert Null aus los, z. B. in Richtung fett. Die Steigung des Integrators ist proportional dem Luftdurchsatz im Ansaugrohr und dabei so gewählt, daß eine möglichst schnelle Annäherung an den Wert λ = 1 erreicht wird, ohne daß im Regelkreis Probleme z. B. hinsichtlich Schwingungen auftreten. Die Korrektur werte K1 und K2 an den Umschaltpunkten des Integralreglers werden gespeichert. Anschließend findet eine Mittelwertbil dung von jeweils zusammengehörenden Maximal-(K1) und Minimal werten (K2) statt. Die Mittelwertbildung erfolgt von 2 oder auch mehreren aufeinanderfolgenden Werten. Die Gemischrege lung arbeitet dann mit dem Mittelwert M und erst nach einer bestimmten Sperrzeit (Δt) läßt man den Integralregler von die sem Mittelwert aus wieder hochlaufen. Im Anschluß daran bil det der Rechner wieder den Mittelwert zwischen wenigstens zwei Umkehrpunkten, die Gemischzumessung orientiert sich am neuen Mittelwert zumindest für eine bestimmte neue Sperrzeit Δt. Wesentlich ist nun, daß die einzelnen Regelzyklen mit einer unterschiedlichen, im vorliegenden Fall mit einer geringer werdenden Integratorsteigung durchlaufen werden.

Während im Diagramm nach Fig. 3 III für einen bestimmten Regelzyklus die gleichen Integratorsteigungen verwendet wer den, gibt Fig. 3 IV eine Variante derart an, daß die Anfangs steigung des Integrators zwar luftmassendurchsatzabhängig gewählt wird, dann jedoch linear, stufenmäßig oder nach be liebiger Funktion verkleinert wird. Es hat sich als zweck mäßig erwiesen, die Zeitdauer dieses Verkleinerns der In tegratorzeitkonstante zu begrenzen und insbesondere vari abel zu halten. Außerdem empfiehlt es sich, den Endwert der Integrationssteigung betriebskenngrößenabhängig zu wählen.

Ist die kleinste Integratorsteigung erreicht, ohne daß die Δ-Abfrageeinheit 27 des Gegenstandes von Fig. 2 die Rege lung abgeschaltet hat, dann arbeitet die Regelung mit die ser kleinsten Integratorsteigung, bis ein nicht-stationärer Betrieb auftritt. Die Vorteile der Arbeitsweise mit den unterschiedlichen Integratorsteigungen geht aus Fig. 3 III deutlich hervor. Die Abweichungen in der Gemischzusammen setzung von einem konstanten Wert während des Regelvorgangs verkleinern sich und somit treten keine unerwünschten peri odischen Abgasspitzen auf.

Die in Verbindung mit Fig. 3 III beschriebene Regelung führt zunächst zu Gemischverhältnissen von λ = 1. Werden Gemisch werte ungleich 1 gewünscht, dann wird mit der obengenannten Methode zunächst ein Grundwert ermittelt, der der korrigier ten Kraftstoffeinspritzmenge für λ = 1 entspricht und dieser Wert wird mit dem gewünschten λ-Wert für einen speziellen Betriebspunkt multipliziert. Auf diese Weise läßt sich jedem (stationären) Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein beliebiger λ-Wert zuordnen. Dargestellt ist dies in Fig. 3 V. Ersichtlich ist dort, daß ein einmal gebildeter Mittelwert in seiner Höhe verändert wird, dieser geänderte Wert für eine bestimmte Zeitdauer zum Tragen kommt, und an schließend der neue Regelzxklus von diesem geänderten Wert aus beginnt.

In der Regel werden bei digital arbeitenden Kraftstoffzumeß systemen die einzelnen Steuerwerte aus Speichern ausgelesen.

Dabei werden die einzelnen gespeicherten Werte empirisch ermittelt. Darüber hinaus sind sogenannte lernende Regel systeme prinzipiell bekannt, bei denen einmal gespeicherte Werte fortlaufend durch neue und korrigierte Werte ersetzt werden. Für derartige lernende Regelsysteme hat sich auch die vorliegende Erfindung als besonders geeignet erwiesen, da hier für jeden stationären und quasi-stationären Be triebszustand optimale Werte ermittelt werden, die - ein mal abgespeichert - Ausgangspunkt von neuen Regelungen sein können.

Die oben näher beschriebene Erfindung besteht u. a. in der zeitlich unterschiedlichen Integrationskonstante des Inte gralreglers für die Gemischregeleinrichtung. Bei digitalen Systemen läßt sich ein derartiger Integrator z. B. mittels eines Auf-Abwärtszählers realisieren. Für einen Fachmann auf dem Datenverarbeitungssektor ist bei Kenntnis der Im pulsdiagramme von Fig. 3 die Aufstellung eines entsprechen den Regelprogrammes kein Problem. Entsprechend verhält es sich bei der Realisierung der Erfindung mittels konkreter Bauelemente, da Integralregler mit definierter Integrator- Zeitkonstante, z. B. abhängig vom Luftmassendurchsatz im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine, hinlänglich bekannt sind.

Claims

1. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem für eine Brenn kraftmaschine mit einer Lambda-Regelung mittels einer je nach Betriebs zustand ein- und ausschaltbaren Gemischregeleinrichtung, die einen Integrator mit umschaltbarer Integrationsrichtung und steuerbarer Integratorzeitkonstante umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorzeitkonstante im stationären Betriebszustand in auf einanderfolgenden Regelzyklen verringerbar ist.

2. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Integratorzeit konstante nur während einer bestimmten Gesamtzeitdauer oder einer bestimmten Anzahl von Regelzyklen gegeben ist.

3. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorzeitkonstante stetig und/oder unstetig änderbar ist.

4. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert der verringerten Integratorzeitkonstante betriebskenngrößenabhängig ist.

5. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrator zeitkonstante vom Luftdurchsatz im Ansaugrohr abhängig ist.

6. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen auf einanderfolgenden Regelzyklen eine Sperrzeit (Δt) vorgesehen ist.

7. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelwert aus zwei oder mehr Umschaltpunkten des Ausgangssignals des Inte grators gewonnen wird und ein vom Mittelwert abhängiges Signal als Ausgangswert für einen nachfolgenden Regelzyklus dient.

8. Elektronisch gesteuertes Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher vorgesehen ist, aus dem betriebskenngrößenabhängig Kraftstoffzumeß werte auslesbar sind, und daß die gespeicherten Werte mit Hilfe der Mittelwerte bei einer Lernregelung korrigierbar sind und die zuvor gespeicherten Werte ersetzen.