DE3314225A1

DE3314225A1 - Regeleinrichtung fuer steuergroessen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3314225A1
Application number: DE19833314225
Authority: DE
Inventors: Rainer 7143 Vaihingen Bone; Bernward Dr.-Ing. Böning; Rudolf Ing.(grad.) 7144 Asperg Nagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-04-20
Publication date: 1984-10-25
Also published as: JPS59206650A; DE3314225C2; JPH0531660B2; FR2544799A1

Description

33U225

25-3.1983 Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Die DE-OS 25 5¹+ 988 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches mit einer Ionenstromsonde in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit dem Ziel, ein möglichst schadstoffreies Abgas zu erhalten. Neben dem absoluten Wert des Ionenstromes lassen sich nach der DE-OS '988 auch Ionenstromdifferenzwerte d.h. Differenzen von aufintegrierten Ionenströmen verarbeiten (Anspruch 9), und Steuergrößen der Brennkraftmaschine wie Kraftstoffmenge, Lambda, Zündwinkel oder Abgasrückführungsmenge beeinflussen.

Ferner ist aus der DE-OS 28 Ui 3II eine Einrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des in den Brennräumen einer Brennkraftmaschine zur Verbrennung kommenden Betriebs-

if

- SC -

gemisches bekannt, bei der zur Bildung einer Steuergröße der Umfang der Nachreaktion der aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine austretenden Gasbestandteile miteinander durch Temperaturmessung erfaßt wird. Dabei stellt das Meßergebnis ein Maß für die Annäherung an die Laufgrenze dar (siehe zweitletzter Absatz der Zusammenfassung). Neben der Verarbeitung der einzelnen Absolutwerten lehrt die DE-OS '311 auch, die Meßwerte insbesondere über ein Arbeitsspiel eines Kolbens zu integrieren, Schwankungen aufeinanderfolgender Werte zu erfassen und zum Bilden einer Korrektursteuergröße mit einem Sollwert zu vergleichen (siehe Anspruch T). Als Sensor dient bei dieser bekannten Einrichtung ein unmittelbar stromabwärts wenigstens eines Auslaßventiles liegendes temperaturempfindliches Element, mittels dem Nachreaktionen des Abgases erfaßbar sind.

Schließlich zeigt noch die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 32 12 669.T einen mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden Ionenstromsensor, dessen Ausgangssignal zur Laufgrenzenregelung dient.

Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Einrichtungen im großen und ganzen zwar zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern vermögen, mit ihnen jedoch noch kein Optimum bezüglich aller Betriebsfälle erreichbar ist.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches läßt sich der für moderne Brennkraftmaschinen und deren Regeleinrichtungen geforderter optimale Betrieb nahe der Laufgrenze und mit insbesondere

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geringen I^!OX-Emissionen und niedrigem Kraftstoffverbrauch erreichen. Als "besonders zweckmäßig hat es sich auch herausgestellt, wenn für die Verarbeitung der einzelnen Abgas signale zusätzliche Betriebskenngrößexi mit einbezogen * werden.

Als Vorteile der Erfindung in Bezug auf Messungen des lonenstromes oder der Abgastemperatur sind zu nennen:

-lonenstrÖBe fließen lokal zwischen den Elektroden, sind somit:.-stark durch Turbulenzen d.h. Inhomogenitäten ge- _: stört. Deswegen nennt die Literatur häufig den Hinweis auf Integration der Zeit signale. Abgassignale sind " dagegen von Natur aus von den gesamten Verbrennungs- : ablauf geprägt und bei normalem Motorbetrieb gxeichigfer im .Zeitverlauf. Damit können aus A-b gas Schwankungln s<|linell-er Schlußfolgerungen gezogen werden - · (höhere Regel- und Meßdynamik). Ionenstromsignale

liefern im allgemeinen erst nach Mittelung über mehrere - · ^: Verbrennungszyklen signifikante Aussagen.

Im Vergleich ■ zur Temperaturmessung gilt ' folgendes:

i^ . ..Die Abgas'temperaturmessung ist z.B. schwer anwendbar bei •Systemen mit Sekundärluftzufuhr in Nähe der Auslaßventile,

•da hier auch im normalen -Bereich eine Nachverbrennung -" im. Auspuff angestrebt wird, die lokal sehr unterschiedlich '^abläuft .,.Damit wird das Meßergebnis abhängig von der Abgast^vemper-atur am jeweiligen Betriebspunkt.

J. " Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles .

- X - kf

Zeichnung _ ■y.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nach- f <;

folgenden Zeichnung dargestellt und wird im folgenden '_'\

näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 eine _r "₄

Übersichtsdarstellung der Regeleinrichtung in Form von ^: \'%

Blöcken und Figur 2 einen bei der Signalverarbeitung r^:M

Verwendung findenden Hochpaß vierter Ordnung. _F ,_;:·

Beschreibung des Ausführungsbeispieles . |';;|

In Figur 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, . |ί|

mit 11 ihr Ansaugrohr und mit 12 ihre Abgasleitung. Ein '|

Abgassensor trägt die Bezugsziffer 13. Ein allgemeines I'"''" Steuergerät für die Brennkraftmaschine ist mit 1k be-

zeichnet. Eines seiner Ausgangssignale bestimmt die I

der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge QK ||

über ein mit der Ansaugleitung in Verbindung stehendes Fvt

Einspritzventil 15, das ausgehend von einem Kraftstoff- 0

tank 16 über eine Kraftstoffpumpe 17 mit Kraftstoff 'iR

versorgt wird. Weitere Ausgangsgrößen des Steuergerätes . / '\f

1U betreffen den Zündwinkel sowie die Abgasrück- -ijg

führrate. Eingangsgrößen des Steuergerätes 1U sind .7* Signale bezüglich Drehzahl n, Last und Lauf ruhe' (Ein- ' '-f

gangsanschlüsse 18, 19, 20). Über einen weiteren Ein- ' ·%

gang 21 können zusätzliche Einschlußgrößen wie z.B. ';'$

Temperatur, absolute Höhe usw. eingespeist werden. |κ

Der Signalstrang vom Abgassensor 13 zum Eingang 20

des Steuergerätes 1 k für die Laufruhe umfaßt drei Blöcke. j|!

Einer Signalverarbeitungseinheit 25 ist eine Mittel- ||1

Wertbildungsstufe 26 parallel geschaltet, wobei beide ^; ·;?

Blöcke 25 und 26 zusätzliche Eingänge 27 und 28 für spezielle Steuergrößen, insbesondere die Drehzahl, aufweisen können. Ausgangsseitig sind Signalverarbei-

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5ϊ·

-Sf-

tungseinheit 25 und Mittelwertbildungsstufe 26 zu einem Komparator 2§ geführt, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang 20 des Steuergerätes 1U in Verbindung steht.

Die in Figur 1 dargestellte Grundstruktur einer Brennkraftmaschinensteuerung ist als solche bekannt. Das Steuergerät 1U liefert ausgehend von Betriebskenngrößen seinerseits Steuergrößen für einzelne' Elemente der Brennkraftmaschine, wie dem Einspritzventil 17, der nicht dargestellten Zündanlage sowie z.B. einer eventuell vorhandenen Abgasrückführung. Auch das Einbeziehen eines Laufruhe- bzw. Laufgrenzensignals in die zu verarbeitenden Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine stellt als solches keine Neuerung dar. Vielmehr liegt die Erfindung auf dem Sektor der Abgassignalerfassung sowie dessen Signalverarbeitung. Dabei wird vom Grundgedanken ausgegangen, daß bei mangelnder Laufruhe der Brennkraftmaschine die Verläufe aufeinanderfolgender Verbrennungen sehr unregelmäßig sind. Damit sind jedoch auch die Abgasemissionen starken Schwankungen unterworfen. Wenn nun die Abgase mit einer hohen Grenzfrequenz erfaßt werden können, dann lassen sich die Abgasschwankungen als Maß für die Laufunruhe verwenden, wobei mit Abgasschwankungen diejenigen der Volumen oder Massenanteilen verstanden wird. Vorteilhafterweise werden die einzelnen Volumen oder Massenanteile der einzelnen Verbindung wie z.B. Co, 02, HC oder Ruß verarbeitet. Entsprechende Abgassensoren sind als solche aus der Literatur bekannt:

- VDI-Nachrichten Nr. 32, 7.8.81, Seite 21 "1-Chip-Schaltung analysiert Gasgemische"

- Integrated Circuit Laboratory Stanford University, August 77 Annual Research Review, Seite 117

- SAE-Paper 770 219

Equivalence Ratio Mater

Das Ausgangssignal der Abgassonde 13 wird einer - ebenfalls an sich bekannten - Mittelwertbildungsstufe 26- zugeführt, die vorzugsweise die Mittelwertbildung nur während eines sogenannten Meßfensters ermöglicht, wozu sie eines Drehzahlsignals bedarf.

Die eigentliche Abgassignalverarbeitung erfolgt in der Signalverarbeitungseinheit 25, die z.B. einen Hochpaß oder Bandpaß darstellt. Wesentlich ist, daß die äußerst schnelle Abgasanalyse auch möglichst schnell signalmäßig weiterverarbeitet wird.

Als Beispiel für die Signalverarbeitungseinheit 25 zeigt Figur 2 einen Hochpaß vierter Ordnung. Er besteht im wesentlichen aus zwei hintereinander liegenden und gegengekoppelten Operationsverstärkern 30 und 31 mit der im folgenden näher beschriebenen weiteren Beschaltung.

Von einer Eingangsklemme 32 führt eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren 33 und 3^ zum Pluseingang des Operationsverstärkers 30, wobei dieser Eingang zusätzlich über einen Widerstand 35 an Masse liegt. Von der Verbindungsstelle der beiden Kondensatoren 33 und 3^ führt ein Widerstand 36 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30. Diesem folgt wiederum der zweite Operationsverstärker 31 in der identischen Beschaltung, d.h., daß dort ebenfalls eine aus zwei Kondensatoren und awei Widerständen bestehende RC-Kombination vorhanden ist. Die einzelnen Widerstände und Kondensatoren in Verbindung mit dem zweiten Operationsverstärker tragen die Bezugsziffern 33', 3¹+ ' , 35' und 3β ' . Ausgangsseitig ist der Operationsverstärker 31 zur Ausgangsklemme 38 geführt.

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Die Wirkungsweise eines derartigen Hochpasses ist als solche bekannt. Als besonders zweckmäßig haben sich folgende Verhältnisse der Widerstandskombinationen sowie der Kondensatoren erwiesen.

Besselfilter Butterworthfilter

R	35/R36	3U·	1	,09	1	,17
R	35'/36'	2	,60	7	,00
R	36/R36'	1	,38	2	,UU
C	33, 3U₅ 33',	1	0 ,uF	1	0 ,uF

Faktor Filter- 2ΐ8θβ5 1U7O59 Charakteristik

Über den Steuereingang 27 kann das Übertragungsverhalten der Signalverarbeitungseinheit 25 z.B. drehzahlabhängig variiert werden, mit dem Ziel, Besonderheiten des Motors z.B. aufgrund von Resonanzerscheinungen berücksichtigen zu können. Realisierbar ist dieser Eingriff bei der Schaltungsanordnung von Figur 2 z.B. über eine Steuerung von Einzelwerten der Widerstände 35 und 36.

Der Komparator 29 vergleicht die Ausgangssignale der Signalverarbeitungseinheit 25 und der Mittelwertbildungsstufe 26 miteinander und sein Ausgangssignal ist dann ein Maß für eine auftretende LaufUnruhe, die im folgenden dann im Steuergerät 1U entsprechend mitberücksichtigt werden kann bei der Bildung der Einzelsteuergrößen für die Brennkraftmaschine.

Für bestimmte Fälle kann es auch zweckmäßig sein, der Abgassonde eine Differenzierungs- bzw. Differenzbildungsstufe 2U nachzuschalten.

-ζ-

Erwähnt sei noch, daß sich mit der oben beschriebenen Regeleinrichtung sowohl ein Gesamtsignal für die Laufunruhe bilden läßt, als auch über Einzelabgasmessungen die Verhältnisse bei speziellen Zylindern.

Neben einer fortlaufenden Wirksamkeit der Regeleinrichtung kann es auch vorteilhaft sein, sie nur im Leerlauf fall und/oder im unteren Teillastfall· einzusetzen.

Schließlich sei noch vermerkt, daß sich die Erfindung sowohl bei Einzelabgasmessung als auch bei Gesamt-Abgasmessung eignet.

Claims

25.3.1983 Mü/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

fii Elektronische Regeleinrichtung für Steuergrößen einer Brennkraftmaschine, wie zuzumessende Kraftstoff· ^/f~^N menge s Zusammensetzung des Gemisches f Zündwinkel, und Abgasrückführrate, ausgehend von wenigstens Last- und Drehzahlsignalen und mit einem Sensor in der Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, daß absolute oder relative Schwankungen der Volumen- oder Masseanteilen als Grenz bzw. Regelkriterium dienen.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen- oder Masseanteils-Schwankungen des Abgases betriebskenngrößenabhängig verarbeitet werden.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungen des Abgases auf das Erreichen eines Schwellwertes abgefragt werden.
h. Regeleinrichtung nach Anspruch 3,-dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert durch Mittelung der Abgasschwankungssignale gebildet wird.
5. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitung ein Hochpaß insbesondere vierter Ordnung dient.
6. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß sie insbesondere im Leerlauffall und/oder im Teillastfall der Brennkraftmaschine einschaltbar ist.

T. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Verbindung mit Einzelabgas- oder Gesamtabgasmessung einsetzbar

ist. i '3