DE3134365A1 - Verfahren zur luft/brennstoff-gemischverhaeltnisregelung bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur luft/brennstoff-gemischverhaeltnisregelung bei einer brennkraftmaschine

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Description

Verfahren zur Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisregelung bei
einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches.
Bekanntermaßen kann bei einer Brennkraftmaschine das Luft/ Brennstoff-Verhältnis des Ansauggemisches mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises geregelt werden, der in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines die Konzentration einer bestimmten Abgaskomponente ermittelnden Konzentrationsmeßfühlers, wie z.B. eines die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen ermittelnden Sauerstoffkonzentrationsmeßfühlers
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(nachstehend als 0„-Meßfühler bezeichnet), einen Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten f (Luft/Brennstoff) berechnet und die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Brennstoffmenge auf der Basis des jeweils berechneten Korrekturkoeffizienten korrigiert. Bei einer Brennkraftmaschine dieser Art wird unter bestimmten vorgegebenen Betriebsbedingungen der geschlossene Regelkreis unterbrochen und ein vorgegebener Wert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten f (Luft/Brennstoff) festgelegt. So wird z.B. der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f (Luft/Brennstoff) unabhängig von den Ausgangssignalen des O3-Meßfühlers auf einem konstanten Wert festgehalten, wenn die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine unter einem vorgegebenen Wert liegt oder der Öffnungsgrad des Drosselventiles einen vorgegebenen Wert übersteigt, so daß die Brennstoff-Zufuhrrate zusätzlich erhöht wird. Dies gilt gleichermaßen für den Fall, daß der O3-MeBfühler inaktiv bzw. ausgefallen ist oder die Brennstoffzufuhr unterbrochen ist. ..Das heißt, in einem solchen Falle Vird die in Abhängigkeit von den AusgangsSignalen des O3-MeBfühlers erfolgende Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises unterbrochen bzw. beendet (diese Unterbrechungszeit des geschlossenen Regelkreises wird nachstehend als Steuerzeit einer offenen Steuerkette bezeichnet). Wenn nach Beendigung der Steuerung im Rahmen der offenen Steuerkette dann der Regelkreis wieder geschlossen wird, ist der Anfangswert des Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten f (Luft/Brennstoff) gemäß dem Stand der Technik auf einen während der Steuerung im Rahmen der offenen Steuerkette verwendeten festen Wert ein-
gestellt. Das heißt, wenn die Regelung im geschlossenen Regelkreis wieder aufgenommen wird, ist der.Anfangswert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten f (Luft/Brennstoff) derart gewählt, daß er dem im geschlossenen Regelkreis kurz vor Beginn der Steuerung im Rahmen der offenen Steuerkette verwendeten Korrekturwert entspricht oder ei- '
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nen vorgegebenen Wert, z.B. f (Luft/Brennstoff) = 1,0, aufweist.
Im ersteren Falle weicht jedoch der Anfangswert des Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten f (Luft/Brennstoff) bei der Wiederherstellung des geschlossenen Regelkreises in starkem Maße von dem Optimalwert ab, wenn die Regelung im geschlossenen Regelkreis kurz vor Beginn der Steuerung im Rahmen einer offenen Steuerkette unter sehr SDeziellen Betriebsbedingungen erfolgte. Der Korrekturkoeffizient f (Luft/ Brennstoff) benötigt somit zum Erreichen eines Optimalwertes dann eine erhebliche Zeitdauer. Auch im letzteren vorstehend beschriebenen Falle weicht der optimale Korrekturkoeffizient f (Luft/Brennstoff) häufig stark vom Anfangskoeffizienten ab, so daß auch hierbei eine erhebliche Zeitdauer bis zum Erreichen eines Optimalwertes in Anspruch genommen wird. Wenn darüberhinaus bei der Regelung eine zwangsweise Unterbrechung des geschlossenen Regelkreises in Betracht gezogen wird, falls der Korrekturkoeffizient f (Luft/Brennstoff) über eine vorgegebene Zeitdauer hinaus Abweichungen aufweist, ist häufig der Fall gegeben, daß der Korrekturkoeffizient f (Luft/Brennstoff) den Optimalwert überhaupt nicht erreichen kann.
Falls der Korrekturkoeffizient f (Luft/Brennstoff) auch nach Wiederaufnahme der Regelung im geschlossenen Regelkreis nicht schnell oder aber überhaupt nicht auf den Optimalwert eingeregelt werden kann, verschlechtert sich natürlich damit auch die Einregelung eines gewünschten Luft/Brennstoff-Verhältnis— wertes, was wiederum zu einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine führt und darüberhinaus die erzielbare Abgasreinigung beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses zu schaffen, durch das unmittelbar bei Wiederaufnahme der Rege-
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lung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Rahmen des geschlossenen Regelkreises ein optimaler Luft/Brennstoff-Verhältniswert einregelbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches umfaßt somit die Schritte:
a) Ermitteln der Konzentration einer vorgegebenen Abgaskomponente in der Brennkraftmaschine;
b) Ermitteln des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zur Unterscheidung, ob die Brennkraftmaschine unter einer vorgegebenen ersten Betriebsbedingung betrieben wird;
c) Berechnen eines Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration der Abgaskomponente, wenn die Brennkraftmaschine unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird;
d) Pesthalten des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrektur-
koeffizienten auf einem Wert, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingungen betrieben wird;
e) Ermitteln des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zur Unterscheidung, ob die Brennkraftmaschine unter einer vorgegebenen zweiten Betriebsbedingurig betrieben wird, die von der ersten Betriebsbedingung umfaßt wird;
f) Berechnen eines Mittelwertes des errechneten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten, wenn die Brenn-
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kraftmaschine unter der zweiten Betriebsbedingung betrieben wird, und
g) Korrigieren der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten, wobei die Korrektur in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird, und im Rahmen einer offenen Steuerkette erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird, wobei der Anfangswert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten beim Übergang der Brennstoffkorrektur von der Regelung im geschlossenen Regelkreis zu der Steuerung mittels der offenen Steuerkette auf den berechneten Mittelwert festgelegt wird.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
20
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Luft/Brenn-
stoffverhältnis-Regelkreises, bei dem die Erfindung Anwendung findet;
Figur 2 ein Blockschaltbild der Regelschaltung gemäß Figur 1;
Figuren 3 Ablaufdiagramme, die die Arbeitsweise des Digitalrechners der Regelschaltung gemäß Figur 2 veranschaulichen; und 35
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Figur 5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Regelschaltung" gemäß Figur 2.
Es wird zunächst auf Figur 1 eingegangen, in der die Bezugszahl 10 eine Brennkraftmaschine, die Bezugszahl 12 einen Ansaugkanal bzw. eine Ansaugleitung, die Bezugszahl 14 einen · Brennraum und die Bezugszahl 16 einen Abgaskanal· bzw. eine Abgasleitung bezeichnen. Die Durchflußrate der über einen nicht dargestellten Luftfilter zugeführten Ansaugluft wird von einem Drosselventil 18 gesteuert, das mit einem ebenfalls nicht dargestellten Gaspedal verbunden ist. Die Ansaugluft wird über eine Ausgleichskammer 20 und ein Einlaßventil 22 in den Brennraum 14 eingeführt. Zumindest ein Brennstoff-Einspritzventil 24 ist im Ansaugkanal 12 in der Nähe des Einlaßventiles 22 angebracht und wird in Abhängigkeit von elektrischen Treiberimpulsen geöffnet und geschlossen, die von einer Regelschaltung 28 über eine Leitung 26 zugeführt werden. Das Brennstoff-Einspritzventil 24 spritzt unter Druck stehenden Brennstoff 'ein, der von einem nicht dargestellten Brennstoff-Zufuhrsystem zugeführt wird. Die durch die Verbrennung im Brennraum 14 gebildeten Abgase werden über ein Auslaßventil 30, den Abgaskanal 16 und einen nicht dargestellten katalytischen Umsetzer in die Atmosphäre abgeführt.
In dem Abgaskanal 16 ist ein O^-Meßfühler 31 angeordnet, dessen Ausgangssignal die Konzentration des Sauerstoffanteilos der Abgase angibt und über eine Leitung 33 der Regelschaltung 28 zugeführt wird.
Stromauf des Drosselventiles 18 ist im Ansaugkanal 12 ein Luftdurchflußmesser 32 angeordnet, der die Durchflußrate der Ansaugluft ermittelt und über eine Leitung 34 ein Ausgangssignal der Regelschaltung 28 zuführt.
Ein in einem Zündverteiler 36 angebrachter Kurbelwellen-Dreh-
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winkelfühler 38 gibt Impulssignale jeweils bei Kurbelwellen-Drehwinkeln von 30° und 360° ab. Die jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 30° abgegebenen Impulssignale werden über eine Leitung 4 0a der Regelschaltung 28 zugeführt, während die jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 360° abgegebenen Impulssignale der Regelschaltung 28 über eine Leitung 40b zugeführt werden.
Ein Kühlmitteltemperaturfühler 42 stellt die Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine fest und gibt über eine Leitung 4 4 ein Ausgangss.ignal an die Regelschaltung 28 ab.
Ein mit dem Drosselventil 18 verbundener Drosselmeßfühler 46 gibt ein Schließstellungssignal ab, das anzeigt, ob das Drosselventil 18 vollständig geschlossen ist oder nicht, und er- ■ zeugt darüberhinaus ein öffnungsstellungssignal, das angibt, ob das Drosselventil 18 um einen ein vorgegebenes Maß überschreitenden Betrag geöffnet ist, der annähernd der vollständig geöffneten Stellung entspricht. Das Schließstellungssignal und das öffnungsstellungssignal werden über eine Leitung 48a bzw. eine Leitung 48b der Regelschaltung 28 zugeführt.
In Figur 2 ist die Regelschaltung 28 gemäß Figur 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt, wobei der CU-Meßfühler 31, der Luftdurchflußraesser 32, der Kühlmittel-Temperaturfühler 42, der Kurbelwellen-Drehwinkelfühler 38, der Drosselmeßfühler 46 und das Brennstoff-Einspritzventil 24 jeweils in Form von Blocks dargestellt sind.
Die Ausgängssignale des C^-Meßfühlers 31, des Luftdurchflußmessers 32 und des Kühlmittel-Temperaturfühlers 42 werden einem einen Analog-Multiplexer aufweisenden Analog-Digital-Umsetzer 54 zugeführt und dort in Binärzahlenwerten entsprechende Binärsignale umgesetzt.
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Die von dem Kurbelwellen-Drehwinkelfühler 38 jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 30° gebildeten Impulssignale werden über die Leitung 40a einer Drehzahl-Signalgeberschaltung 56 zugeführt, während die jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 360° gebildeten Impulssignale als Brennstoff-Einspritzinitialisierungssignale über die Leitung 40b einer' Brennstoff-Einspritzsteuerschaltung 58 sowie als Unterbrechungsanforderungssignale für den Rechenvorgang zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzzeit einem ersten Unterbrechungseingabekanal einer aus Mikroprozessoren bestehenden Zentraleinheit (CPU) 60 zugeführt werden. Die Drehzahl-Signalgeberschaltung 56 weist ein Verknüpfungsglied, das von den jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 30° gebildeten ImpulsSignalen geöffnet und geschlossen wird, sowie einen Zähler zur Zählung der von einer Taktgeberschaltung 62 über das Verknüpfungsglied zugeführten Anzahl von Taktimpulsen auf und bildet ein Drehzahlsignal in Form einer Binärzahl, das der Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht.
Das Schließstellungssignal und das öffnungsstellungssignal des Drosselmeßfühlers 46 werden einer Eingabe-Schnittstelle 64 zugeführt und dort zwischengespeichert.
Die Brennstoff-Einspritzsteuerschaltung 58 weist einen voreinstellbaren Abwärtszähler und ein Ausgaberegister auf. Die Zentraleinheit (CPU) 60 gibt über eine Sammelleitung 70 einen Ausgangsdatenwert ab, der einem Zeitpunkt der Einspritzzeit f des Brennstoff-Einspritzventiles 24 entspricht und im Ausgaberegister gesetzt wird.
30
Wenn die von dem Kurbelwellen-Drehwinkelfühler 38 bei jedem Kurbelwellen-Drehwinkel von 360° gebildeten Impulssignale (Brennstoff-Einspritzinitialisierungssignale) anstehen, wird der derart gesetzte Datenwert in den Abwärtszähler eingegeben. Gleichzeitig wird das Ausgangssignal des Abwärtszählers
Λ2>-
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invertiert und nimmt einen hohen Pegel an, woraufhin der eingegebene Datenwert aufeinanderfolgend jeweils bei Anliegen eines Taktimpulses der Taktgeberschaltung 62 subtrahiert wird. Wenn der eingegebene Datenwert zu null wird, geht das Ausgangssignal des Abwärtszählers wieder auf einen niedrigen Pegel über. Das Ausgangssignal der Brennstoff-Einspritzsteuerτ schaltung 58 wird somit ein Einspritzsignal mit einer der Einspritzzeit T entsprechenden Dauer, das dem Brennstoff--Ein- . Spritzventil 24 über eine Treiberschaltung 72 zugeführt wird,
Der Analog-Digital-Umsetzer 54, die Drehzahl-Signalgeberschaltung 56, die Eingabe-Schnittstelle 64 und die Brennstoff-Einspritzsteuerschaltung 58 sind über die Sammelleitung 70 mit der Zentraleinheit (CPU) 60, einem Festspeicher (ROM) 74, einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 76 und der Taktgeberschaltung 62 verbunden, die zusammen einen Mikrorechner bilden. Die Eingangsdaten und Ausgangsdaten werden über die Sammelleitung 70 übertragen.Obwohl dies in Figur 2 nicht näher dargestellt ist, ist der Mikrorechner in der üblichen Weise mit einer Ausgabe-Schnittstelle, einer Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung, einer Speichersteuerschaltung und dergleichen versehen. In dem Festspeicher (ROM) 74 befindet sich ein vorher eingespeichertes Programm einer Hauptverarbeitungsroutine, ein Unterbrechungsverarbeitungsprogramm zur Berechnung des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten und Ermittlung eines Durchschnittswertes des Korrekturkoeffizienten, ein Unterbrechungsverarbeitungsprogramm zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer, weitere Unterbrechungsverarbeitungsprogramme sowie verschiedene zur Durchführung der arithmetischen Rechenvorgänge erforderliche Daten.
Nachstehend wird in Verbindung mit den Ablaufdiagrammen gemäß Figur 3 und 4 näher auf die Arbeitsweise des Mikrorechners der Regelschaltung 28 eingegangen. 35
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Im Rahmen der Hauptverarbeitungsroutine fragt die Zentraleinheit 60 jeweils die letzten von der Drehzahl-Signalgeberschaltung 56 abgegebenen und die Drehzahl N der Brennkraftmaschine bezeichnenden Daten ab und speichert sie in einen vorgegebenen Speicherbereich des Direktzugriffsspeichers (RAM) 76 ein·. Ferner fragt die Zentraleinheit 60 jeweils die letzten Daten bezüglich der Durchflußrate Q der Ansaugluftmenge sowie bezüglich der Kühlmitteltemperatur W in Abhängigkeit von der in einem bestimmten Zeitintervall ausgeführten Unterbrechungsverarbeitungsroutine für die Analog-Digital-Umsetzung ab und speichert sie ebenfalls in vorgegebene Speicherbereiche des Direktzugriffsspeichers 76 ein.
Die Zentraleinheit 60 führt den in Figur 3 veranschaulichten Datenverarbeitungsablauf in Abhängigkeit von der Unterbrechungsverarbeitungsroutine für die Analog-Digital-Umsetzung oder in Abhängigkeit von einer anderen Unterbrechungsverarbeitungsroutine aus, die in einem bestimmten vorgegebenen Zeitintervall durchgeführt wird. Zunächst trifft die Zentraleinheit 60 in einem Programrnschritt 80 eine Unterscheidung dahingehend, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird oder nicht. Erfolgt die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Rahmen einer offenen Steuerkette, überspringt das Programm sämtliche nachfolgenden Programmschritte des Ablaufdiagrammes gemäß Figur 3 und beendet damit die Unterbrechungsverarbeitung. Erfolgt dagegen die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises, so geht das Programm auf einen Programmschritt 81 über, in dem"ein Meßdatenwert des O2-MeB-fühlers 31 aus dem Direktzugriffsspeicher 76 ausgelesen wird. In einem Programmschritt 82 vergleicht die Zentraleinheit 60 dann den Meßdatenwert mit einem vorgegebenen Referenzwert und trifft eine Unterscheidung dahingehend, ob die Sauerstoffkonzentration der Abgase kleiner als ein stöchiometrischer Konzentrationswert ist, d.h., ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis
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des Luft/Brennstoff-Gemisches in der Brennkraftmaschine relativ zum stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis unter- oder überstöchiometrisch ist. Eine unterstöchiometrische Kennung bzw. ein Kennbit wird bei einem unterstöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniszustand der Brennkraftmaschine auf den Wert " 1" und bei einem überstöchiometrischen Luft/Brenn·*· stoff-Verhältniszustand der Brennkraftmaschine auf den Wert "0" gesetzt. In einem Programmschritt 83 wird der Zustand dieses unterstöchiometrischen Kennbits unterschieden. Wenn das unterstöchiometrische Kennbit den Wert "1" aufweist, geht das Programm auf einen Programmschritt 84 über, in dem ein Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f.(A/F) im Vergleich zu dem Korrekturkoeffizienten f..(A/F) des vorherigen Operationszyklus um einen vorgegebenen Wert α verringert wird. Das heißt, im Programmschritt 84 führt die Zentraleinheit 60 den Rechenvorgang f.(A/F) = f..(A/F) - α aus. Wenn das unterstöchiometrische Kerinbit den Wert "0" aufweist, geht das Programm auf einen Programmschritt 85 über, wodurch ein Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f.(A/F) erhalten wird, der um einen vorgegebenen Wert ß größer als der Korrekturkoeffizient f..(A/F) ist. Das heißt, im Programmschritt 85 führt die Zentraleinheit den Rechenvorgang fi(A/F) = fi__1 (A/F) + β aus. Der erhaltene Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f.(A/F) wird in einem Programmschritt 86 in einen vorgegebenen Speicherbereich des Direktzugriffsspeichers 76 eingespeichert. Wenn das im vorherigen Operationszyklus den Wert "1" aufweisende unterstöchiometrische Kennbit beim jetzigen Operationszyklus nunmehr den Wert "0" aufweist oder umgekehrt, kann zu diesem Zeitpunkt z.B.
durch einen entsprechenden Sprungbefehl eine erhebliche Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Koeffizienten f.(A/F) vorgenommen werden. Das Programm geht dann auf einen Programmschritt 87 über, in dem eine Unterscheidung dahingehend getroffen wird, ob der derzeitige Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine zweite Betriebsbedingung erreicht hat oder
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nicht, d.h., ob die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Berechnung des Durchschnittswertes der Luft/Brennstoff verhältnis-Korrekturkoeffizienten ermöglicht. Die zweite Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine läßt sich als Betriebszustand definieren, bei dem die nachstehend wiedergegebenen Bedingungen (A) und/oder (B) gegeben sind, in weitere-r Ausgestaltung des Verfahrens kann die zweite Betriebsbedingung auch als Betriebszustand definiert werden, bei dem zusätzlich zu den Bedingungen (A) und (B) schrittweise aufeinanderfolgend auch noch die nachstehend wiedergegebenen Bedingungen (C), (D), (E) und (F) gegeben sind. Das heißt, die zweite Betriebsbedingung kann ein Betriebszustand sein, bei dem die Bedingungen (A) , (B) , (A) und (B) , (A) bis (C) , (A) bis (D) , (A) bis (E) oder (A) bis (F) gegeben sind.
(A) Die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine ist höher als eine vorgegebene Temperatur.
(B) Der Brennstoff-AnreicherungsVorgang wird nicht durchgeführt.
(C) Das Drosselventil ist nicht vollständig geschlossen oder das Drosselventil ist vollständig geschlossen, jedoch liegt die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter einem vorgegebenen Drehzahlwert.
(D) .Die Drehzahl der Brennkraftmaschine liegt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches von z.B. 800 min bis
4000 min" . ■
(E) Die Ansaugluft-Durchflußrate liegt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, z.B. 50 m3/h bis 150 m3/h.
(F).Die Brennkraftmaschine wird innerhalb eines vorgegebenen Lastbereiches betrieben, d.h., eine der Last entsprechen-
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de Brennstoffeinspritz-Basisimpulsdauer T 0 liegt in einem Bereich von 3 ms bis 8 ms.
Die zweite Betriebsbedingung wird aus den nachstehenden Gründen von der Bedingung (A) bestimmt. Da die Warmlauf-Anreicherung bei niedriger Kühlmitteltemperatur erfolgt, und zwar auch dann, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird, wird der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f^(A/F) auf einem ziemlich kleinen Wert gehalten. Wenn der Durchschnittswert F.(A/F) der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten unter einer solchen Bedingung berechnet wird, neigt der berechnete Durchschnittswert zu starken Abweichungen von den nach dem vollständigen Warmlaufen der Brennkraftmaschine unter üblichen Betriebsbedingungen erhaltenen Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten. Beim vorliegenden Verfahren wird der Durchschnittskorrekturkoeffizient F.(A/F) daher nur nach Beendigung der Warmlauf-Anreicherung im vollständig warmgelaufehen Zustand der Brennkraftmaschine berechnet. Hierbei werden die auf die Kühlmitteltemperatur bezogenen Daten in der vorstehend beschriebenen Weise über den Analog-Digital-Umsetzer 54 im Direktzugriffsspeicher 76 zwischengespeichert. Die Speicherdaten können daher auf einfache Weise mit dem vorgegebenen Wert für die Feststellung verglichen werden, ob sich die Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand befindet oder nicht.
Wenn die zweite Betriebsbedingung durch die.Bedingung (B) festgelegt ist, so entspricht dies im wesentlichen der Bedingung (A). Ob die Brennstoff-Anreicherung durchgeführt wird oder nicht, läßt sich leicht in Abhängigkeit davon unterscheiden, ob der Brennstoffzuwachs-Gesamtkorrekturkoeffizient R den Wert 1,0 aufweist oder nicht. Der Korrekturkoeffizient R findet bei dem nachstehend noch näher beschriebenen Unterbrechungsverarbeitungsprogramm zur Berechnung der Brennstoff-
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Einspritzimpulsdauer Verwendung. ■
Wenn die zweite Betriebsbedingung durch die Bedingung (C) festgelegt ist, nimmt der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient einen vom üblichen Betrag abweichenden Wert an, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch und das Drosselventil vollständig geschlossen sind. Das vollständige Schliessen des Drosselventiles kann über das der Eingabe-Schnittstelle 64 zugeführte Schließstellungssignal ermittelt werden, während das Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahlwertes sich auf einfache Weise aus den die Drehzahl der Brennkraftmaschine betreffenden Daten ermitteln läßt.
Die weiteren Bedingungen (D), (E) und (F) werden aufgrund der Tatsache verwendet, daß der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient von üblichen Werten abweicht, wenn die Brennkraftmaschine unter Bedingungen betrieben wird, die außerhalb der Bedingungen (D), (E) und (F) liegen. Die Brennstoffeinspritz-Basisimpulsdauer T ~ wird in dem nachstehend noch näher beschriebenen Unterbrechungsverarbeitungsprogramm zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer ermittelt,- während die Feststellung, ob die Belastung der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der berechnete Wert T in den vorgegebenen Bereich fällt oder nicht.
Wenn im Programmschritt 87 ermittelt wird, daß die zweite Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine erfüllt ist, geht das Programm auf einen Programmschritt 88 über, in dem ein Durchschnittswert F.(A/F) der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten berechnet wird. Der Durchschnittswert F.(A/F) kann unter Verwendung des vorher berechneten Durchschnittswertes F. .(A/F) gemäß nachstehender Beziehung berechnet werden:
f^ DE 1489
Va/f> + V
wobei A und B Konstanten bezeichnen. Der Durchschnittswert F.(A/F) kann auch unter Verwendung der Luft/Brennstoffverhältst nis-Korrekturkoeffizienten f. (A/F) , fi_1 (A/F) , f i__2 (A/F) , , . ·. , f„(A/F) des derzeitigen und der vorherigen Operationszyklen, gemäß nachstehender Beziehung berechnet werden:
F.(A/F) = fj(Ä/F> + fJ-1(AZf) + ... + fo(A/F) i + 1
In einem Programmschritt 89 wird der berechnete Durchschnittswert F.(A/F) dann in einen vorgegebenen Speicherbereich des Direktzugriffsspeichers 76 eingespeichert und damit die Unterbrechungsverarbeitung gemäß Figur 3 abgeschlossen. Wenn im Programmschritt 87 ermittelt wird, daß die zweite Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine nicht vorliegt, wird die Unterbrechungsverarbeitung ohne Berechnung oder Erneuerung des Durchschnittswertes beendet.
Da ein Unterbrechungsanforderungssignal bei jedem Kurbelwellen-Drehwinkel von 360° über die Leitung 40b eingegeben wird, führt die Zentraleinheit 60 außerdem die in Figur 4 dargestellte Unterbrechungsverarbeitungsroutine zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer durch. In einem Programmschritt 90 liest die Zentraleinheit 60 zunächst die die Ansaugluft-Durchflußrate Q und die Drehzahl N betreffenden Daten aus dem Direktzugriffsspeicher 76 aus und berechnet sodann in einem Programmschritt 91 die Brennstoffeinspritz-Basisimpulsdauer Tq des dem Brennstoff-Einspritzventil 24 zugeführten Brennstoff-Einspritzsignales gemäß folgender Beziehung:
' DE 1489
wobei K eine Konstante ist.
In einem Programmschritt 92 trifft die Zentraleinheit 60 sodann eine Unterscheidung dahingehend, ob der derzeitige Betriebszustand der Brennkraftmaschine die erste Betriebsbedingung erfüllt oder nicht, d.h., ob das Luft/Brennstoff-Ver- · hältnis im geschlossenen Regelkreis geregelt werden sollte oder nicht. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die erste Betriebsbedingung im allgemeinen dadurch festgelegt, daß die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine höher als ein vorgegebener Temperaturwert (der wiederum niedriger als die durch die Bedingung (A) bei der zweiten Betriebsbedingung festgelegte vorgegebene Temperatur ist), der Öffnungsgrad des Drosselventiles nicht so groß wie zur zusätzlichen Steigerung der Brennstoff-Zufuhrrate erforderlich und die Brennstoffzufuhr nicht unterbrochen sind.
Wenn im Programmschritt 92 festgestellt wird, daß für die Brennkraftmaschine die erste Betriebsbedingung gilt, geht das Programm auf einen Programmsehritt 93 über, in dem der bei der Verarbeitung des nächsten Programmschrittes 94 verwendete Korrekturkoeffizient f(A/F) auf f(A/F) < f. (A/F)
eingestellt wird. Sodann wird im Programmschritt 94 die Einspritzimpulsdauer T* gemäß folgender Beziehung berechnet:
T = f 0 · f (A/F) · R + T*v
wobei R den Brennstoffzuwachs-Gesamtkorrektprkoeffizienten zur Steigerung der Brennstoff-Zufuhrrate im Warmlaufbetriob sowie bei Start oder Beschleunigung der Brennkraftmaschine angibt und T einen Wert bezeichnet, der einer ineffektiven Einspritzdauer des Brennstoff-Einspritzventiles 24 entspricht.
Die der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer T* entsprechenden er-5 rechneten Daten werden in einem Programmschritt 95 in das
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Ausgangsregister der Brennstoff-Einspritzsteuerschaltung eingegeben, womit die Unterbrechungsverarbeitungsroutine für diesen Ablauf beendet ist. Wenn die erste Betriebsbedingung weiterhin gültig ist, wird somit der im Programmschritt 84 oder 85 der Unterbrechungsverarbeitungsroutine gemäß Figur berechnete Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f.(A/F) zur Berechnung der Brennstoff -Einspritzimpulsdauer *&"* verwendet und das Luft/ Brennstoff -Verhältnis in der üblichen Weise in einem geschlossenen Regelkreis geregelt.
Wenn im Programmschritt 92 ermittelt wird, daß die erste Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine nicht zutrifft, geht das Programm auf die Programmschritte 96 und 97 über. Im Programmschritt 96 wird der Koeffizient f(A/F) zunächst auf den im Programmschritt 88 der Unterbrechungsverarbeitungsroutine gemäß Figur 3 berechneten Durchschnittswert F.(A/F) gemittelt. Das heißt, im Programmschritt 96 wird die Operation f(A/F) <— F1(A/F) ausgeführt. Im Programmschritt 97 wird der Koeffizient f.(A/F) auf den vorstehend genannten Durchschnittswert F.(A/F) gemittelt, d.h., im. Programmschritt
97 wird die Rechenoperation f.(A/F)< F.(A/F) ausgeführt.
In diesem Falle ist daher der zur Berechnung der Einspritzimpulsdauer f verwendete Korrekturkoeffizient f(A/F) auf den Mittelwert F.(A/F) festgelegt, auf den das Luft/Brennstoff-Verhältnis von einer offenen Steuerkette eingesteuert wird. Wenn für die Brennkraftmaschine wieder die erste Betriebsbedingung gilt, geht die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses wieder von der offenen Steuerkette zum geschlossenen Regelkreis über. Da hierbei der Korrekturkoeffizient f.(A/F) zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des geschlossenen Regelkreises auf F.(A/F) eingestellt ist, wird der zur Berechnung der Einspritzimpulsdauer T verwendete Anfangskorrekturkoeffizient f(A/F) gleich dem Mittelwert F.(A/F).
Die imProgrammschritt 96 zu verarbeitende Größe kann
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f (A/F) ««=— γ sein, wobei γ eine Konstante ist. Hierdurch kann der zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer T im Rahmen der offenen Steuerkette verwendete Korrekturkoeffizient f(A/F) auf einen vorgegebenen Wert γ festgelegt werden.
In Figur 5 ist die Regelung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel· des Verfahrens näher veranschaulicht. Wie Figur 5 zu entnehmen ist, wird bei Vorliegen der ersten ■ Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine der zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer T* verwendete Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient f(A/F) in Abhängigkeit von den Meßsignalen des O-HMeßfühlers verändert und das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem geschlossenen Regelkreis geregelt. Liegt jedoch die erste Betriebsbedingung für die Brennkraftmaschine nicht vor, wird der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoef f izient f(A/F) auf den Durchschnittswert F.(A/F) festgelegt und das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Rahmen einer offenen Steuerkette gesteuert. Der Anfangskorrekturkoeffizient f(A/F) bei der Wiederaufnahme der Regelung im geschlossenen Regelkreis wird ebenfalls auf den Durchschnittswert F.(A/F) eingesteuert. Ferner wird der Durchschnittswert F.(A/F) erneuert und kann sich nur dann ändern, wenn für die Brennkraftmaschine die zweite Betriebsbedingung zutrifft, während unter anderen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine keine Erneuerung des Mittelwertes erfolgt. Die zweite Betriebsbedingung ist derart eingestellt bzw. vorgegeben, daß sie in die erste Betriebsbedingung fällt, d.h., in den Betriebszustand, bei dem das Luft/Brennstoff-Verhältnis in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird. Der Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient kann daher bei Wiederaufnahme der Regelung im geschlossenen Regelkreis innerhalb kurzer Zeitdauer einen Optimalwert erreichen. Dementsprechend läßt sich die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses erheblich verbessern, was bessere Betriebseigenschaf-
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ten zur Folge hat und Verbesserungen bei der Abgasreinigung ermöglicht.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Unterbrechungsverarbeitungsroutine zur Berechnung der Brennstoff-Einspritzimpulsdauer jeweils bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel von 360° ausgeführt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Unterbrechungsverarbeitungsroutine jeweils zu einem vorgegebenen Zeitintervall durchzuführen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird somit die der Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von einem Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten korrigiert. Wenn sich die Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen ersten Betriebszustand befindet, wird der Korrekturkoeffizient in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration einer bestimmten Abgaskomponente berechnet und die vorstehend genannte Korrektur in einem geschlossenen Regelkreis durchgeführt. Befindet sich die Brennkraftmaschine nicht in diesem ersten Betriebszustand, wird der Korrekturkoeffizient festgelegt und die Korrektur im Rahmen einer offenen Steuerkette durchgeführt. Ein Durchschnittswert bzw. Mittelwert der berechneten Korrekturkoeffizienten wird nur dann ermittelt, 5 wenn sich die Brennkraftmaschine in einein vorgegebenen zweiten Betriebszustand befindet. Bei Wiederaufnahme der Regelung im geschlossenen Regelkreis wird der Anfangswert des Luft/ Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten derart festgelegt, daß er dem berechneten Durchschnittswert bzw. Mittelwert entspricht.

Claims (1)

  1. edtke - bo-hung -Grupe - Pellmann
    3 ] 34365
    Patentanwälte und Vertreter beim EPA
    Dipl.-Ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann
    Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
    Tel.:089-539653 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 31. August 1981 DE 148 9/case TYT-2646 DE
    Patentansprüche
    Verfahren zur Luft/Brennstoffverhältnisregelung bei einer
    Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch die .Verfahrensschritte:
    a) Ermitteln der Konzentration einer vorgegebenen Abgaskomponente in der Brennkraftmaschine;
    b) Ermitteln des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zur Unterscheidung, ob die Brennkraftmaschine unter einer vorgegebenen ersten Betriebsbedingung betrieben wird?
    c) Berechnen eines Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration der Abgaskomponente, wenn die Brennkraftmaschine unter der ersten Be.triebsbedingung betrieben wird;
    Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070
    Dmsdner Bank (München) Kto. 3939844
    Poslacliock (München) Klo. Θ70-43-804
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    d) Festhalten des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten auf einem Wert, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird;
    e) Ermitteln des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine' zur Unterscheidung, ob die Brennkraftmaschine unter einer vorgegebenen zweiten Betriebsbedingung betrieben wird, die von der ersten Betriebsbedingung umfaßt wird;
    f) Berechnen eines Mittelwertes des errechneten Luft/Brennstof fverhältnis-Korrekturkoef fizienten, wenn die Brennkraftmaschine unter der zweiten Betriebsbedingung betrieben wird, und
    g) Korrigieren der der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten, wobei die Korrektur in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird, und im Rahmen einer offenen Steuerkette erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird, wobei der Anfangswert des Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizien- ten beim Übergang der Brennstoffkorrektur von der Regelung im geschlossenen Regelkreis zu der Steuerung mittels der offenen Steuerkette auf den berechneten Mittelwert festgelegt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß im Verfahrensschritt d) der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoef fizient auf einem vorgegebenen konstanten Wert festgehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird.
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    3» Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß im Verfahrensschritt d) der Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizient auf dem berechneten Mittelwert festgehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht unter der ersten Betriebsbedingung betrieben wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,.
    daß im Verfahrensschritt f) ein Mittelwert aus dem derzeit berechneten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten und dem zuletzt errechneten Mittelwert berechnet wird=
    5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß im Verfahrensschritt f) ein Mittelwert des derzeitigen und des vorhergehend errechneten Luft/Brennstoffverhältnis-Korrekturkoeffizienten berechnet wirdν
    6. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkraftmaschine (10) ein Drosselventil (1.8) und einen Konzentrationsmeßfühler (31) zur Ermittlung einer vorgegebenen Abgaskomponente aufweist und daß die erste Betriebsbedingung als Betriebszustand festgelegt ist, bei dem die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine über einer vorgegebenen Temperatur liegt, der Öffnungsgrad, des Drosselventiles kleiner als ein vorgegebener öff-nungsgrad ist, der Konzentrationsmeßfühler sich im aktivierten Zustand befindet und keine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr stattfindet.
    7, Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betriebsbedingung als Betriebszustand fest-
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    gelegt ist, bei dem die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine über einer vorgegebenen Temperatur liegt und keine Brennstoffanreicherung stattfindet.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, .
    dadurch gekennzeichnet, daß-der als zweite Betriebsbedingung festgelegte Betriebszustand darüberhinaus umfaßt, daß das Drosselventil der Brennkraftmaschine nicht vollständig geschlossen ist oder daß das Drosselventil vollständig geschlossen ist, die Drehzahl der Brennkraftmaschine jedoch unter einem vorgegebenen Drehzahlwert liegt.
    9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet , daß der als zweite Betriebsbedingung festgelegte Betriebszustand ferner umfaßt, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der.als zweite Betriebsbedingung bestimmte Betriebszustand weiterhin umfaßt, daß die Ansaugluft-Durchflußrate innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
    11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der als zweite Betriebsbedingung festgelegte Betriebszustand ferner umfaßt, daß die Last der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Lastbereiches liegt.
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