DE3204842A1

DE3204842A1 - Einrichtung zur regelung einer otto-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3204842A1
Application number: DE19823204842
Authority: DE
Inventors: Panagiotis Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Adamis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-02-11
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1983-08-18

Description

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESEIlSCHAfT 5180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3197
1702pt-we-sch

Einrichtung zur Regelung einer Otto-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung einer Otto-Brennkraftmaschine mit einem in Abhängigkeit von den Signalen eines Steuergerätes verstellbaren Gemischbildner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Es ist bekannt, Otto-Brennkraftmaschinen unter Heranziehung der Meßwerte einer die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas der Brennkraftmaschine erfassenden, sogenannten A, -Sonde so zu regeln, daß der der Brennkraftmaschine zugeordnete Gemischbildner auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhaltnis mit der Luftzahl λ.= 1 eingestellt wird. Eine Einregelung anderer Luftzahlen ist dabei nicht möglich, da die A^-Sonde bekanntlich ein eindeutiges, zur Regelung verwendbares Steuersignal nur bei diesem stöchiometrisehen Kraftstoff-Luft-Verhältnis abgibt.

Nun ist es jedoch so, daß Otto-Brennkraftmaschinen üblicherweise nicht unbedingt bei diesem stöchiometrischen Verhältnis, sondern bei je nach Betriebszustand unterschiedlichen Luftzahlen optimale Verbrauchs- und Abgaswerte erreichen. Diese vom stöchiometrischen Verhältnis abweichenden Luftzahlen lassen sich jedoch mit

einer eine X -Sonde heranziehenden Regelung nicht erreichen. Darüberhinaus können X -Sonden im allgemeinen nur bei Verwendung bleifreier Kraftstoffe eingesetzt werden, die jedoch nicht überall zur Verfügung stehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art zu schaffen, mit der ohne die für \ -Sonden geltenden Restriktionen eine den jeweiligen Betriebszuständen sowohl hinsichtlich des Verbrauchs als auch der Abgasemissionen optimal angepaßte Einstellung des Gemischbildners erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die Erfindung geht dabei davon aus, daß sich die Abgastemperatur eines Otto-Verbrennungsmotors bei konstantem Arbeitspunkt und Zündwinkel sowie gleichbleibenderUmgebungstemperatur nur noch mit der Luftzahl X ändert. In der Figur 2 der Zeichnung ist dazu der Verlauf der Abgastemperatur über der Luftzahl aufgetragen und zwar für verschiedene Arbeitspunkte. Es zeigt sich, daß bei sonst konstant gehaltenen Werten die Abgastemperatur mit der Luftzahl bis zum stöchiometrischen Wert λ/ = 1 ansteigt, dort ein ausgeprägtes Maximum besitzt, und anschließend mit weitersteigenden Luftzahlen wieder abfällt.

Wenn also in dem Steuergerät das Kennfeld der Luftzahlen /* für die verschiedenen Werte des Drehmoments, der Drehzahl und des Zündwinkels der Brennkraftmaschine sowie der Umgebungstemperatur und der Abgastemperatur gespeichert ist, kann durch Messung der Istwerte dieser Zustandsgrößen der aktuelle Wert der Luftzahl λ ..

ermittelt und für die Regelung der Brennkraftmaschine auf einen für jeden Betriebszustand fes"tlegbaren, optimalen Luftzahlwert A, , _Ί

herangezogen werden.

Da jedoch jeder Abgastemperatur (mit Ausnahme des Maximalwertes bei λ = 1) zwei A, -Werte zugeordnet sind, und zwar einer unter und der andere über dem stöchiometrischen Wert A = 1, muß zur exakten Bestimmung des Ist-Wertes der Luftzahl Λ, auch die erste

dT Ableitung der Abgastemperatur über der Luftzahl gebildet werden, deren Vorzeichen dann eindeutig angibt, auf welchem Zweig

dT der Temperaturkurve sich der Meßwert befindet. Ist dabei -ry-< 0, dann bedeutet dies, daß α>· 1 sein muß, wahrend für .>- 0, folgt, daß λ *C 1 ist.

dT Um diese erste Ableitung der Abgastemperatur nach der Zeit

zu bilden, ist es erforderlich, bei im wesentlichen stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine kurzzeitig eine definierte Veränderung des im Gemischbildner erzeugten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses herbeizuführen und die sich dabei ergebende Abgastemperaturveränderung zu erfassen. Wenn dabei beispielsweise auf eine kurzzeitige Zuführung einer Zusatzluftmenge (entsprechend einer Erhöhung der Luftzahl X ) eine Erhöhung der Abgastemperatur eintritt ( ~~rj~ ^* θ), zeigt dies an, daß X< 1 ist, während bei einer Absenkung der Abgastemperatur (entsprechend ■ ' ^- θ) A. 7> 1 sein muß.

Die erfindungsgemäße Regelung der Luftzahl·λ vereinfacht sich, wenn die Einhaltung des stöchiometrischen Wertes λ. =1 angestrebt wird, wie dies bei den bekannten, mit Λ. -Sonden arbeitenden Regelungen der Fall ist. In diesem Fall braucht lediglich die erste Ableitung der

dT
Abgastemperatur nach der Luftzahl ^auf clie zuvor beschriebene Weise gebildet und durch entsprechende Verstellung des Gemischbildners

dT

2 auf einen Wert = 0 eingeregelt zu werden. Alle anderen Zustandsgrößen sind in diesem Fall zur Regelung nicht mehr erforderlich.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Regelung besteht zum einen darin, daß diese auch bei Brennkraftmaschinen einsetzbar ist, die nicht mit bleifreien Kraftstoffen arbeiten. Zum anderen ist ein größerer Regelbereich für die Luftzahl A. realisierbar, so daß auch verbrauchsoptimale Betriebszustände im mageren Bereich sicher angefahren und eingehalten werden können.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellungsweise ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigt ''

Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß geregelten

Brennkraftmaschine und
Figur 2 in einem Diagramm den Verlauf der Abgastemperatur

T über der Luftzahl X .

In der Zeichnung ist mit 1 eine herkömmliche Otto-Brennkraftmaschine bezeichnet, der ein Gemischbildner 2, beispielsweise ein Vergaser oder eine zentrale Einspritzanlage,und ein Abgasschalldämpfer zugeordnet ist. 4 stellt ein einen Mikroprozessor aufweisendes Steuergerät dar, dem über Signal!eitungen 6 bis 11 verschiedene, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 kennzeichnende Zustandsgrößen zugeführt werden, während mit 12 eine das Steuergerät 4 mit dem Gemischbildner 2 verbindende Signalleitung zur Steuerung des Gemischbildners 2 angedeutet ist.

Dabei bedeutet im einzelnen 6 eine Signalleitung, über die dem Steuergerät 4 die mittels eines Temperatunneßgebers 5 in. der Abgasleitung 13 gemessene Abgastemperatur zuführbar ist, während 7 eine den Istwert des Zündwinkels der Zündanlage zuführende Signalleitung bezeichnet. 8 und 9 sind Signalleitungen, über die der Istwert des Drehmoments und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 an das Steuergerät herangeführt werden, während über eine Signalleitung 10 der Istwert der Umgebungstemperatur eingegeben wird. Über eine Signalleitung 11 kann dem Steuergerät weiter eine Information über die Stellung eines in dem Gemischbildner 2 vorgesehenen Stellgliedes mitgeteilt werden, während über die Signal leitung 12 der Gemischbildner seinerseits von dem Steuergerät 4 die Stellsignale zur Verstellung des Stellgliedes erhält.

Wie oben bereits erwähnt wurde, kann also aus den gemessenen Istwerten der Motordrehzahl, des Motordrehunomentes, des Zündwinkels, der Umgebungstemperatur und der Abgastemperatur der aktuelle Istwert der Luftzahl Λ> anhand des in dem Mikroprozessor des Steuergerätes eingespeicherten Kennfeldes der Luftzahlen ermittelt werden, wobei zusätzlich noch eine Angabe über die Steigung der Temperaturkurve über der Luftzahl zur exakten Bestimmung der Luftzahl erforderlich ist. Wie aus der Figur 2 ersichtlich is't, zeigt nämlich die Temperatur-

kurve über der Luftzahl X ein ausgeprägtes Maximum im Bereich des stöchiometrischen Wertes der Luftzahl λ = 1, so daß für eine gegebene Temperatur zwei verschiedene A. -Werte auf der gleichen Temperaturkurve gefunden wurden. Um diese Steigung der Temperaturkurve in dem jeweiligen' Betriebspunkt festzustellen, soll gemäß der Erfindung die erste Ableitung der Abgastemperatur nach der Luftzahl gebildet werden, wobei für den Fall, daß dieser Wert ^> 0 ist, der Λ. -Wert unterhalb von 1, bei Werten kleiner als 0 dagegen der X. -Wert oberhalb von 1 zutreffend ist. /

Zur Darstellung dieser ersten Ableitung der Abgas temperatur nach der Luftzahl wird gem^ß der Erfindung bei im wesentlichen stationärem Zustand, das heißt wenn Änderungen der übrigen Zustandsgrößen nicht wahrscheinlich sind, eine definierte Veränderung der Luftzahl, beispielsweise durch Zuführung einer Zusatzluftmenge im Gemischbildner 2 vorgenommen und die sich dadurch ergebende Änderung der Abgastemperatur erfaßt. Steigt die Abgastemperatur bei einer solchen zusätzlichen Luftzugabe, liegt eine positive

dT -Steigung · ~^ 0 vor, während bei einem Abfall der Temperatur

^Λ dT ^

eine negative Steigung der Temperaturkurve mit —TT" 0 vorliegt.

Mit Hilfe der so gewonnenen ersten Ableitung der Abgastemperatur nach der Luftzahl läßt sich also eindeutig der Istwert der Luftzahl feststellen und dann durch entsprechenden Vergleich des so gewonnenen Istwertes der Luftzahl mit dem dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeordneten Sollwert der Luftzahl eine zur Regelung des Gemischbildners verwendbare Regelabweichung bilden, die den Gemischbildner in Richtung auf den Sollwert der Luftzahl verstellt.

Leerseite

Claims

VOLKSWAGENWE RK

AKTIENGESll. LSCHA-fl.

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3197
1

ANSPRÜCHE

1J Einrichtung zur Regelung einer Otto-Brennkraftmaschine mit einem in Abhängigkeit von den Signalen eines Steuergerätes verstellbaren Gemischbildner, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (4) die Istwerte des Drehmoments, der Drehzahl und des Zündwinkels der Brennkraftmaschine, der Umgebungstemperatur und der Abgastemperatur sowie des Vorzeichens der ersten Ableitung der Äbgastemperatur nach der Luftzahl zur Bestimmung des Istwertes der Luftzahl aus einem in dem Steuergerät gespeicherten Kennfeld der Luftzahlen zugeführt werden und daß das Steuergerät den Gemischbildner (2) zur Erreichung eines dem jeweiligen Betriebszustand zugeordneten, optimalen Luftzahl-Sollwertes verstellt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Vorzeichens der ersten Ableitung der Abgastemperatur nach der Luftzahl die Veränderung der Abgastemperatur bei einer definiert vorgegebenen Änderung des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses erfaßt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

für eine Regelung im stöchiometrischen Bereich (X. = 1) nur die

dT erste Ableitung der Abgastemperatur nach der Luftzahl —-ry— ge-

bildet wird und das Steuergerät (4) den Gemischbildner (2)

dT in Richtung auf einen Wert = O verstellt.