DE3145235C1 - Control device for the air ratio of internal combustion engines - Google Patents
Control device for the air ratio of internal combustion enginesInfo
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Description
2525th
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; undi des Abgassensors den Kraftstoffdurchsatz entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen variabel regelt»The invention relates to a control device for the air ratio of internal combustion engines ,, with a Intake air flow meter, an exhaust gas sensor and a controller, which with the signals of the flow meter; andi of the exhaust gas sensor, the fuel flow rate according to the respective operating conditions variable regulates »
Eef einer derartigen Regeleinrichtung,, wie sie beispielsweise aus der DB-OS 24 07 859 bekannt ist, ist der Abgassensor üblicherweise eine? sogenannte Lambda-Sondej. die auf einen Bestandteil des Abgases, hier Sauerstoff anspricht.. Eine derartige Sonde zeigt bei einem stöehiometrfsehen: Gemisch mit dem Luftzahlwert voir it = I ein charakteristisches Sprungyerhalten, wobei man unter der Luftzahl λ das Verhältnis der 4Q zugeführten Luftmengezu der für die stöchiometrische Verbrennung notwendige Luftmenge versteht Aus diesem Grund ist es lediglieh: möglich^ mit Hilfe der Lambda-Sonde die Luftzahl/t auf den Wert 1 zu regeln. Verhrauchsoptimale Ausfegungen erfordern aber Luftzahlwerte·,, die wesentlich höher ak 1, das heißt etwa bei 1,2 biSf 1,4, liegem Neben diesem Nachteil,, mit Hilfe der Lambda-Sonde derartige magere Gemische üblicherweise nicht regeht zu können, ist die Verwendung der Lambda-Sonde nur bei bleifreiem Kraftstoff möglich. Damit scheidet die Verwendung beispielsweise in Westeuropa mit dem dort vorhandener bleihaltigen Kraftstoffaus.Eef such a control device, as it is known for example from DB-OS 24 07 859, is the exhaust gas sensor usually a? so-called lambda probe j. which responds to a component of the exhaust gas, here oxygen .. Such a probe shows a characteristic jump in a stoichiometric mixture with the air ratio voir it = I, with the air ratio λ being the ratio of the air quantity supplied to that required for stoichiometric combustion Understanding the amount of air For this reason it is only possible: ^ to regulate the air ratio / t to the value 1 with the help of the lambda probe. Optimized incense consumption, however, require air number values that are significantly higher ak 1, i.e. around 1.2 to 1.4. In addition to this disadvantage, the use of such lean mixtures is not usually possible with the aid of the lambda probe the lambda probe is only possible with unleaded fuel. This means that it cannot be used, for example, in Western Europe with the leaded fuel available there.
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 QualMi des Kraftstoffs bzw. dessen Zusätzen geregelt werden kamtThe invention is based on the object of a To create a control device of the type mentioned above, with which the air ratio: to any values and regardless of the quality of the fuel or its Supplements are regulated
Durch die Bestimmung der Durchsätze von Ansaugluft und Abgas läßt sich mit Hilfe der Massenstromver-By determining the throughputs of intake air and exhaust gas, the mass flow rate
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 vor Abgas und Ansaugluft. Der Vorteil dieser rechnerischen Methode besteht darin, daß sie auch beispielsweise bei Kraf tstoff-Einsprifzsystemen mit Kraftstoff-Rücklauf eine exakte Bestimnung der je- Brennraum zugeführten Kraftstoffmasse ermöglichtBy determining the throughputs of intake air and exhaust gas, the mass flow ratios determine the fuel mass supplied. It is in stationary operation or in unsteady operation without taking phase shifts into account equal to the difference in throughputs before exhaust gas and intake air. The advantage of this computational method is that they also, for example, fuel injection systems with fuel return an exact determination of the fuel mass supplied to each combustion chamber enables
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.The actual air ratio in the usual way determined and with an example compared setpoints stored in characteristic diagrams will. In the event of deviations, a correction signal for the fuel metering device can easily be sent to win.
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.By taking into account the total exhaust gas throughput, they are also sensitive and mostly not Long-term stable exhaust gas sensors are not required for special exhaust gas components. Rather, they can already sufficiently known flow meters are used for the intake air, for example work according to the hot wire, vortex or ultrasound method.
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).It is known that the air ratio is derived from the composition of the exhaust gas to calculate. However, this requires a chemical analysis of the exhaust gas. Because of the associated time expenditure, this method is particularly important in the case of transient operation Internal combustion engine completely unsuitable (cf. Motortechnische Zeitschrift 37 (1976) 3, page 75).
Um einerseits durch Pulsationserscheinungen der Ansaugluft und des Abgases verursachte Schwankungen des Ausgangssignals der beiden Durchsatzmesser zu eliminieren und andererseits ein schnelles Ansprechen auf Durchflußänderungen infolge von Lastwechsel zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Zeitbasen des Ansaugluft- und des Abgas-Durchsatzmessers etwa gleich der Dauer einer Kurbelwellenumdrehung zu wählen.On the one hand by pulsation phenomena of the Intake air and the exhaust gas caused fluctuations in the output signal of the two flow meters to eliminate and, on the other hand, a quick response to changes in flow due to load changes To ensure, it is advantageous to approximate the time bases of the intake air and exhaust gas flow meters to be chosen equal to the duration of one crankshaft revolution.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ausgangssignale des Abgas- und des Ansaugluft-Durchsatzmessers etwa um die Laufzeit der Gasmassen zwischen den beiden Durchsatzmessent in ihrer Phase zn verschieben. Dadurch werden die »richtigen« Gasmassen miteinander in Beziehung gesetztFurthermore, it is advantageous to use the output signals of the Exhaust gas and intake air flow meters roughly correspond to the transit time of the gas masses between the two Shift throughput measuring in their phase zn. In this way, the "correct" gas masses are related to one another
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutertThe invention is further explained with reference to an embodiment shown in the drawing
Eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine ί erhält ihre Ansaugluft über einen Ansaugkanal 2, in den eine Einspritzdüse 3 Kraftstoff einbringt. Die Abgase werdenüber einen Abgaskana! 4 abgeführtAn internal combustion engine ί shown schematically receives its intake air via an intake duct 2, into which an injection nozzle 3 fuel is introduced. The exhaust gases are via an Abgaskana! 4 discharged
Im Ansaugkanai 2 und im Äbgaskanal 4 sitzt jeweils ein Massenmesser bzw. S, die in üblicher Weise nach dem Hitzdraht-, Wirbel- oder Uftraschaflverfahren ausgebildet sind, und die ein dem jeweiligen Massendurchsatz riit bzw. ntA proportionales Signal; St bzw. Sa liefern. Die Ausgangssignale der Massenmesser 5 und 6 werden in einem Integrator 7 bzw- 8; summiert Die Zeitbasis der beiden Integratoren 7 bzw. S ist gleich der Dauer einer Kurbelwellenumdrehung gewähltIn the intake duct 2 and in the exhaust duct 4 there is a mass meter or S, which are designed in the usual way according to the hot wire, vortex or Uftracafl method, and which produce a signal proportional to the respective mass flow rate riit or ntA; Deliver St or Sa. The output signals of the mass meters 5 and 6 are in an integrator 7 or 8 ; summed up The time base of the two integrators 7 and S is selected to be equal to the duration of one crankshaft revolution
Ein entsprechendes Signal hierfür wird mit Hilfe eines induktiven Aufnehmers S gewonnen, der auf eine Markierung W eines Schwingungsdämpfers 11 der Brennkraftmaschine 1 ansprichtA corresponding signal for this is obtained with the aid of an inductive sensor S, which responds to a marking W of a vibration damper 11 of the internal combustion engine 1
Die Ausgangssignale Sl bzw. Sa derbeiden Integratoren 7 bzw. S 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 S steuernden Impufssignals 12 eines Zeitbasis-Generators 13 gegenüber dem entsprechenden Impulssigna! 14 fürThe output signals Sl and Sa of the two integrators 7 and S correspond to the intake or exhaust gas (mass) throughput per crankshaft revolution of the internal combustion engine. The phase delay caused by the running time of the exhaust gas compared to the intake air is additionally due to a corresponding delay of the pulse signal 12 of a time base generator 13, which controls the operation of the integrator S, compared to the corresponding pulse signal! 14 for
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 dargestelltthe integrator 7 takes into account the relationship between the speed-proportional signal of the The transducer 9 and the two pulse signals 12 and 14 is shown schematically within the generator 13
Mit Hilfe der phasenrichtigen Signale St. und Sa läßt sich nunmehr die Luftzahl λ berechnen. Hierzu wird von den Massenstromverhältnissen ausgegangen, die in der Zeichnung als Gleichung I wiedergegeben sind. Ein der Größe ήΐΑ entsprechendes Signal liegt in Form des Signals Sa vor. Ein entsprechendes Signal für die Größe mi ist das Signal Sl- Die Differenz dieser beiden Werte ist dem Wert ώκ, das heißt dem Kraftstoffdurchsatz proportional. Die Proportionalitätskonstante ist, gleiche Arbeitsweise der Integratoren 7 und 8 vorausgesetzt, für die drei Werte von Gleichung I gleich.With the help of the in-phase signals St. and Sa , the air ratio λ can now be calculated. This is based on the mass flow ratios that are shown in the drawing as equation I. A signal corresponding to the quantity ήΐΑ is in the form of the signal Sa. A corresponding signal for the variable mi is the signal S1- The difference between these two values is proportional to the value ώκ, that is to say to the fuel throughput. Assuming the integrators 7 and 8 work in the same way, the proportionality constant is the same for the three values of equation I.
Daraus ergibt sich, daß die Luftzahl λ 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.The result is that the air ratio λ can be obtained by using the corresponding output signals of the integrator 7 or, in the case of the fuel flow, the difference between the output signals instead of the values for air and fuel throughput in Equation II, which is also shown in the drawing of the two integrators 8 and 7 is set. Since the fraction in the denominator of the fraction is a constant that depends on the fuel quality, the air ratio of the mixture actually supplied to the internal combustion engine is obtained directly by corresponding conversion of the output signals of the two integrators 7 and 8 according to equation II in a computing circuit 15.
Der so gewonnene Wert für λ ist 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 Soliwerte der Luftzahl λ entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine als Kennfelder gespeichertThe value thus obtained for λ for the air ratio of the internal combustion engine actually supplied mixture is input to a target value to comparator 16, which communicates with a set-value memory 17 and the memory 17, the Soli values of the air ratio λ corresponding to the operating conditions of the internal combustion engine is stored as maps
Sofern Ist- und Sollwert der Luftzahlen nicht übereinstimmen, liefert der Sollwertvergleicher 16 ein Korrektursignal ASt für eine Regeleinrichtung 18, die das Einspritzventil 3 steuert Auf diese Weise ist es möglich, das zunächst gewählte Steuersignal St für das Einspritzventil 3 entsprechend den tatsächlichen Erfordernissen zu korrigieren und auf den richtigen Wert einzustellen.If the actual and target values of the air ratios do not match, the target value comparator 16 supplies a correction signal ASt for a control device 18 which controls the injection valve 3 set to the correct value.
Mit Hilfe der Erfindung ist es somit möglich, die Luftzahl der Brennkraftmaschine, daß heißt das zugeführte Gemisch, variabel zu regeln. Hierfür bedarf es neben dem ohnehin meist vorhandenen Durchsatzmesser für die Ansaugluft im wesentlichen lediglich eines beispielsweise entsprechend arbeitenden Durchsatzmessers für das Abgas.With the help of the invention it is thus possible to determine the air ratio of the internal combustion engine, that is to say that supplied mixture, to be regulated variably. In addition to the throughput meter that is usually available anyway, this is required for the intake air essentially only one, for example, correspondingly operating throughput meter for the exhaust.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Claims (1)
Priority Applications (3)
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