DE3403395C2 - Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung für eine Brennkraftmaschine mit einem von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine aufgespannten Kennfeld (20) zur Vorsteuerung von das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Maschinenvariablen und einer auf zumindest einer Betriebsgröße empfindlichen Regeleinrichtung zur korrigierenden Beeinflussung der Kennfeldwerte vorgeschlagen, bei der die im Kennfeld (20) abgespeicherten Kennfeldwerte in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine angewählt und zur korrigierenden Beeinflussung nach unterschiedlichen Regelverfahren, nämlich durch eine Regelung auf minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch im unteren bzw. Teillastbereich sowie durch eine Regelung auf maximale Leistung im oberen Lastbereich gegebenenfalls geändert werden. Diese Einrichtung kann zum einen mittels einer Extremwertregelung, die je nach Regelverfahren entweder der dem Motor zugeführten Luft- oder Kraftstoffmenge Testsignale überlagert oder zum anderen mittels einer direkten Regelung der Luftzahl λ mit beispielsweise einer Abgassonde realisiert werden. Mit der vorgeschlagenen Einrichtung läßt sich unter Gewährleistung eines zufriedenstellenden Fahrverhaltens ein minimaler spezifischer Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger Einhaltung geringer Abgasemission realisieren.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 47 021 ist eine Vorrichtung zur Regelung von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine, insbesondere z. B. der Leistung oder des Kraftstoffverbrauchs, auf optimale Werte bekannt, bei der Maschinenvariablen verändert und die sich dadurch ergebenden relativen Veränderungen der Betriebskenngrößen erfaßt und entsprechende Maschinenvariablen nachgeführt werden. Bei dieser Vorrichtung werden die Maschinenvariablen (z. B. Gemischzumessung und Zündzeitpunkt) vorgesteuert und zu wählbaren Zeiten und/ oder beim Auftreten bestimmter Betriebskenngrößen bzw. Betriebskenngrößenänderungen variiert. Die entsprechenden Reaktionen dienen zur Bestimmung des Leistungsoptimums und/oder des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs.

Aus der DE-OS 32 21 641 ist es bei einem Verfahren zur Optimalregelung von Brennkraftmaschinen weiter bekannt, den zur Wobbelung verwendeten Signalen eine einstellbare, in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängige Zittergröße und Zitterperiode zu verleihen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine sichere und I

exakte Analyse der Reaktion der Brennkraftmaschine auf die Testsignale eines Testsignalgenerators gewährlei- I

stet ist und somit eine präzise Korrektur der Vorsteuerkennfeidwerte mit den damit verbundenen Vorteilen für —

W) die Schadstoffemission und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumesung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs läßt sich eine Optimierung des Fahrverhaltens der Brennkraftmaschine in allen Betriebssituationen bei gleichzeitig geringem spezifischem Kraftstoffverbrauch und minimaler Abgasemission

b5 erreichen. Dadurch, daß in den verschiedenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine verschiedene Regelverfahren zur Anpassung des Kennfeldes verwendet werden, ergeben sich eine Fülle von funktionellen Verbesserungen wie z. B. die Optimierung von Start-, Warmlauf-, Leerlauf- und Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine sowie auch eine Verbesserung der Beschleunigung und Verzögerung. Darüber hinaus können einfache und

damit kostengünstige Geber verwendet werden, die Langzeitstabilität der Anordnung wird erhöht und das gesamte Kraftstoff-Luft-Gemischzumeßsystem ist wesentlich leichter an verschiedene Motortypen anzupassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, als Regelkreis eine Extreirwertregelung zur .Anpassung der Vorsteuerwerte zu verwenden. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, für die verschiedenen Regelverfahren entweder die zugeführte Luft- oder Kraftstoffmenge mit Testsignalen zu überiagern, d. h. zu wobbeln.

Weitere Vorteile der Erfindung und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Ausfühi ungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt: &igr; &ogr;

Fig. 1 a mittlerer Nutzdruck p_e einer Brennkraftmaschine aufgetragen über der Luftzahl A mit dem Parameter Kraftstoff- bzw. Luftmenge,

Fig. Ib Zusammenhang zwischen Luft- bzw. Kraftstoffmenge und der Luftzahl A für einen vorgegebenen konstanten Mitteldruck pe

Fig. 2 Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform mit Extremwertregelung, Fig. 3 Prinzipdarstellung einer Extremwertregelung,

Fig. 4 Amplitude und Phasenlage eines Bandpasses in einer Extremwertregelung,

Fig. 5a der Vorsteuerung überlagerte Regelung mit multiplikativem bzw. additivem Eingriff,

Fig. 5b der Vorsteuerung überlagerte Regelung zur individuellen Kennfeldanpassung,

Fig. 6a Anpassung von Kennfeldeinzelwerten, Fig. 6b Anpassung von Kennfeldbereichen,

Fig. 6c multiplikative Anpassung des gesamten Kennfeldes,

Fig. 7 Kennfeldlernverfahren,

Fig. 8 Kennfeldausschnitte mit Stützstellen,

Fig. 9 Kennfeldlernverfahren mit Mittelwertbildung, Fig. 10 Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform,

Fig. 11 &agr;-&pgr;-Kennfeld für die Einspritzzeit f„

Fig. 12 Schaltungsaufbau für eine a-n-Gemischvorsteaerung mit einer additiven Regelung,

Fig. 13a Drehmoment einer Brennkraftmaschine aufgetragen über der Einspritzzeit für konstante Drehzahl &eegr; und Luftmenge Ql,

Fig. 13b Wirkungsgrad bzw. spezifischer Kraftstoffverbrauch aufgetragen über der Einspritzzeit für konstante Drehzahl &eegr; und Luftmenge Qi.,

Fig. 14 Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform,

Fig. 15 &agr;-n-Kennfeldausschnitt für die Einspritzzeit,

Fig. 16 Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Dem Entwurf von Einrichtungen zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung für Brennkraftmaschinen liegen im allgemeinen folgende Anforderungen zugrunde:

Erzielung eines minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs;
Einhaltung geringer Abgasemission und
Gewährleistung eines befriedigenden Fahrverhaltens.

Dabei werden im allgemeinen verschiedene, weiter unten teilweise beschriebene Regelverfahren eingesetzt, wodurch der Einsatz von einfachen und kostengünstigen Gebern und Stellern ermöglicht, Wartungsfreiheit und eine Erhöhung der Langzeitstabilität garantiert wird. Ebenso können Exemplarstreuungen vernachlässigt werden, ist eine Austauschbarkeit von beispielsweise Gebern gewährleistet und eine erleichterte Anpassung der Einrichtung an verschiedene Motortypen gegeben. Durch den Einsatz von Regelungen ergeben sich weiterhin funktionell Verbesserungen wie die Optimierung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine in der Start-, Warmlauf- und Leerlaufphase sowie im Vollastbereich. Das gleiche gilt für instationäre Phasen der Brennkraftmaschine, beispielsweise während des Beschleunigungs- oder Schubbetriebs.

Im Gegensatz zu einem geregelten System, bei dem möglicherweise auftretende Störgrößen erfaßt werden, jedoch die Anpassung der Brennkraftmaschine an die neuen Bedingungen recht langsam aufgrund von ungleichmäßigen Verbrennungsvorgängen, Gaslaufzeiten usw. vor sich geht, ermöglichen Steuersysteme eine sehr schnelle Anpassung an geänderte Eingangsbedingungen. Hingegen können die Störgrößen nur unvollständig oder mit erheblichem Aufwand berücksichtigt werden. Durch die Verwendung eines selbstanpassenden Kennfeldes, wobei das Kennfeld Vorsteuerwerte liefert, die von einer überlagerten Regelung beeinflußt werden, sollen die jeweiligen Vorteile von gesteuerten und geregelten Systemen benutzt werden. bo

Zur kurzen Erläuterung der Regelverfahren ist in Fig. 1 ein Kennlinienfeld einer Otto-Brennkraftmaschine dargestellt. In Fig. la ist der zur Leistung proportionale mittlere Nutzdruck über der Luftzahl A mit der Kraftstoffmenge (gestrichelte Linien) bzw. der Luftmenge (durchgezogene Linien) als Parameter aufgetragen. Aus diesen Kennlinien ergibt sich, daß ein vorgegebener mittlerer Nutzdruck bzw. eine vorgegebene Leistung (hier ein mittlerer Nutzdruck p_e = 5 bar) in den vorgegebenen Grenzen mit jedem beliebigen A realisiert werden bi kann. Die geringste Kraftstoffmenge wird dabei bei einem Luftverhältnis von etwas kleiner als A = 1,1 benötigt. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Kurven für konstante Kraftstoffmenge im Bereich A = 1,1 ein Maximum aufweisen. Im Gegensatz dazu ergibt sich das Leistungsmaximum für die Kurven konstanter Luft-

menge bei Lambda-Werten in der Gegend von &lgr; = 0,9. Im ersten Fall, nämlich für eine vorgegebene konstante Kraftstoffmenge wird eine maximale Leistung der Brennkraftmaschine dann erreicht, wenn die Luftmenge derart zugemessen wird, daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch einen Lambda-Wert von &lgr; = 1,1 annimmt. Wird bei einem kraftstoffgeführten Einspritzsystem die Luft in der Weise nachgeführt, daß sich ein Leistungsmaximum ergibt, so wird die Brennkraftmaschine automatisch im Bereich eines minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs betrieben.

Im zweiten Fall, in dem die Brennkraftmaschine bei Vorgabe einer konstanten Luftmenge für eine maximale Leistungsabgabe bei &Lgr; = 0,9 betrieben wird, liegt ein Betrieb auf maximale Leistung vor. Dieser Zusammenhang wird aus der Rg. 1 b deutlich, bei der die in Abhängigkeit von Lambda-Wert zuzumessende Luft- bzw. Kraftstoff menge für einen vorgegebenen, konstanten mittleren Nutzdruck aufgetragen ist. Dieser mittlere Nutzdruck wird mit einem Minimum an Kraftstoff erreicht, wenn der Lambda-Wert des Luft-Kraftstoff-Gemisches bei A = 1,1 liegt. Dieser Punkt ist somit identisch mit dem minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch be_mi„. Dagegen gehört zur minimalen Luftmenge, mit der dieser mittlere Nutzdruck zu erzielen ist, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Werten von &lgr; = 0,9. Hier liegt also bei vorgegebener Luftmenge eine maximale Leistungsabgabe P,_mn der Brennkraftmaschine vor.

Aufgrund dieser Zusammenhänge bieten sich folgende Regelverfahren für die Gemischzusammensetzung bei einer Brennkraftmaschine an: Im gesamten Teillastbereich wird auf einen minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, also auf ein Maximum der in Fig. la gestrichelt dargestellten Kurven geregelt Cöe,_mn-Regelun{!). Im Vollastfall wird dagegen auf ein Leistungsmaximum, d. h. auf ein Maximum der in Fig. la durchgezogen dargestellten Kurven geregelt (&Rgr;,,,,,,-Regelung). Da in beiden Fällen der Sollwert durch ein Maximum der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei vorgegebener Kraftstoff- bzw. Luftmenge gegeben ist, bietet sich eine Extremwertregelung an. Ebenso ist aber auch eine Lambda-Kennfeldregelung denkbar, mit der in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine die entsprechenden Lambda-Werte des Luft-Kraftstoff-Gemisches vorgegeben werden.

Regelsysteme für Brennkraftmaschinen wie beispielsweise eine Lambda-Regelung, eine Klopfregelung oder auch Zündzeitpunktregelung können wegen der vorhandenen Tot- oder Laufzeiten nur relativ langsam auf Störgrößen reagieren. Es hat sich deshalb als äußerst vorteilhaft erwiesen, für die schnellen und dynamischen Vorgänge innerhalb einer Brennkraftmaschine eine Vorsteuerung einzusetzen. Die überlagerte Regelung kann beispielsweise multiplikativ oder auch additiv auf diese Vorsteuerwerte eingreifen. Durch den Einsatz moderner elektronischer Mittel, beispielsweise Speicher und Mikrocomputer ist es ebenso möglich, die Vorsteuerung durch ein Kennfeld, dessen Kennfeldwerte beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last der Brennkranmaschine adressierbar sind, zu realisieren. Die überlagerte Regelung kann dann einerseits die ausgelesenen Kennfeldwerte wiederum multiplikativ oder auch additiv beeinflussen ohne die im Speicher abgelegten Kennfeldwerte zu verändern. Es ist andererseits jedoch auch möglich, die Kennfeldwerte an sich mittels der überlagerten Regelung zu verändern. Wird der Einfluß von Störgrößen ständig durch geänderte Kennfeldwerte berücksichtigt, so spricht man von einem selbstanpassenden oder auch von einem lernenden Kennfeld. Wie im weiteren aufgezeigt wird, kann auch eine Kombination der beiden beschriebenen Verfahren sehr vorteilhaft

Der grundsätzliche Aufbau des Systems verwendet ein Kennfeld, dessen Eingangsgrößen im einfachsten Fall die Drehzahl &pgr; und die Drosselklappenstellung &agr; sind. Bei der erstmaligen Initialisierung werden relativ grobe Anfangswerte in dieses Kennfeld geladen. Im Betrieb findet dann eine laufende Anpassung statt. Ein wesentliches Konzept besteht darin, das Kennfeld in verschiedene Bereiche, beispielsweise in Leerlauf-, Teillast-, Vollast- und Schubbereich zu unterteilen. Mit Ausnahme des Schiebebetriebes ist in jedem Bereich ein bestimmtes Regelkonzept vorgesehen, das diesen Bereich an die jeweiligen Anforderungen anpaßt, so daß ein "lernendes" Kennfeld vorliegt. Wird das Kraftfahrzeug außer Betrieb gesetzt, so besteht die Möglichkeit, das zuletzt gelernte Kennfeld zu speichern und bei einem neuen Start wieder als Anfangskennfeld zu benutzen.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Gesamtsystems dargestellt. Die Steuerung der der Brennkraftmaschine zuzumessenden Kraftstoffmenge erfolgt über ein Kennfeld 20, dem als Eingangsgrößen die Drehzahl &pgr; und die Drosselklappenstellung &agr; einer Drosselklappe 21 zugeführt werden. Dabei wird die Drosselklappe von einem Fahrpedal 22 angesteuert. Die im Kennfeld 20 abgespeicherte Einspritzzeit f, wird über ein Einspritzventil 23 in eine entsprechende Kraftstoffmenge Qk umgesetzt. Diese Kraftstoffmenge Qk, sowie die durch die Drosselklappenstellung bestimmte Luftmenge Ql, werden einer symbolisch dargestellten Brennkraftmaschine 24 zugeführt, wobei in Abhängigkeit vom Lambda-Wert des Luft-Kraftstoff-Gemisches ein gewisses Drehmoment M bewirkt wird. Die Regelstrecke "Brennkraftmaschine" kann grob schematisch durch einen Integrator 25 angenähert werden. Die Ausgangsgröße &pgr; der Brennkraftmaschine wird zur Ansteuerung des Kennfeldes 20 verwendet Bei diesem bisher beschriebenen Teil des Gesamtsystems handelt es sich um eine reine Steuerung der Gemischzusammensetzung.

Die überlagerte Regelung basiert in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Extremwertregelung. Dazu wird je nach Regelverfahren (siehe hierzu die Ausführungen weiter unten) entweder die Luftmenge Ql beispielsweise über einen Bypaß mit einem Hub &Dgr; Ql oder die Einspritzzeit f, mit einem Hub Au gewobbelt. Die hierzu notwendigen Testsignale erzeugt ein Testsignalgenerator 26. Dieser Testsignalgenerator wirkt je nach Regelverfahren auf die Kraftstoff- bzw. die Luftmenge, wobei die Wobbeifrequenz konstant oder aber drehzahlabhängig gewählt werden kann. Die durch das Testsignal erzeugten Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine wirken sich als Drehzahländerungen aus, so daß durch eine Meßeinrichtung 27, die mit drehzahlproportionalen

es Signalen beaufschlagt wird, diese Drehmomentänderungen analysiert werden können. Die Meßeinrichtung 27 besteht aus einem vorzugsweise digitalen Filter 28 sowie einer darauffolgenden Auswerteeinheit 29, die das gefilterte Signal hinsichtlich Betrag und/oder Phase untersucht und mit den Ausgangssignalen des Testsignalgenerators 26 vergleicht Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Filter 28 in digitaler Technik aufzubauen. Es

arbeitet zeitdiskret, wobei die Abtastrate wahlweise in festem Zeitraster oder proportional zur Drehzahl sein kann. Da das Filter genau auf die Wobbeifrequenz abgestimmt ist. können Störsignale weitgehend unterdrückt

werden. In einem Regler 30 findet ein Vergleich zwischen vorzugsweise der Phasenlage des Filter-Ausgangssi- ' ₍

gnals und einem Phasensollwert statt, wobei die Differenz dieser beiden Signale einem Integrator 31 zugeführt &iacgr;

wird, der im einfachsten Fall als Vor-Rückwärtszähler ausgebildet sein kann. Zum einen kann das Ausgangssi- 5

gnal dieses Integrators 31 zu einer multiplikativen Beeinflussung des Kennfeldes verwendet werden. Wie noch weiter unten zu zeigen ist, können sich auch Kennfeldlernverfahren als sinnvoll erweisen, bei denen einzelne

Bereiche des Kennfeldes gezielt angepaßt werden. Derartige Verfahren sind schematisch durch den Block 32 J

dargestellt. '\

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Systems der Fig. 2 dient die Prinzipdarstellung einer Extremwertre- 10 <fy'

gelungderFig.3. M

In Fig. 3 ist aufgetragen der mittlere Nutzdruck p_e in Abhängigkeit von Lambda-Wert des Luft-Kraftstoff-Ge- |j

misches. Der Eingangsgröße, dem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit vorgegebenen Lambda-Wert wird ein Testsignal |i

überlagert, das entweder sporadisch auftritt und beispielsweise die Form einer Treppenfunktion oder aber ||

periodisch auftritt und Sinus- oder Rechteckform aufweist. Die Reaktion der Brennkraftmaschine auf diese 15 i?

Testsignale kann über die Änderung des mittleren Nutzdruckes p_a besonders vorteilhaft jedoch über die |i

Momentenänderung bzw. die damit verbundene Drehzahländerung erfaßt werden. Wie aus der Fig. 3 hervor- f?

geht, ist als zu analysierende Größe entweder die Amplitudenänderung des mittleren Nutzdrucks (bzw. des /,'

Moments oder der Drehzahl) oder aber die Phase dieser Ausgangsgröße in Relation zur Phase der Testsignale |

geeignet. 20 i

Die Überlagerung des Testsignals auf die Eingangsgröße erfolgt bei der £>e_m,&ldquor;-Regelung durch Luftwobbein q

beispielsweise über einen Bypaß und bei der /^,..&ldquor;-Regelung über eine Wobbelung der zuzumessenden Kraft- |

stoffmenge bzw. der Einspritzzeit. Diese Regelverfahren werden beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwen- t

det. I

Über die Drosselklappe 21 sowie über das a-n-Kennfeld 20 für die Einspritzzeit wird eine grobe Vorsteuerung 25 :~!

des Lambda-Wertes des Luft-Kraftstoff-Gemisches vorgegeben. Die überlagerte Regelung umfaßt einen Testsi- &igr;

gnalgenerator 26, eine die Drehzahländerungen auswertende Meßeinrichtung 27 sowie einen Regler 30, der das %

Kennfeld 20 beeinflußt. Je nach Regelverfahren findet ein Wobbein der zuzumessenden Luftmenge um AQi_ bzw. < der zuzumessenden Kraftstoffmenge beispielsweise über die Einspritzzeitänderung At₁ statt. Die Fig. 2 ist derart

zu verstehen, daß die Signale des Testsignalgenerators 26 je nach Lastzustand entweder die zuzumessende 30 > Luftmenge oder die zuzumessende Kraftstoffmenge beeinflussen. Die Reaktion der Brennkraftmaschine 24 auf

dieses Wobbein des zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches kann beispielsweise über Änderungen der Drehzahl j analysiert werden. Hierzu dient eine Meßeinrichtung 27, die im vorliegenden Spezialfall aus einem digitalen

Filter 28 zur Unterdrückung von Störfrequenzen sowie aus einer Auswerteeinheit 29, die die Drehzahländerun- ;^;

gen hinsichtlich des Betrages und der Phase auswertet. Die Ausgangsgröße dieser Meßeinrichtung 27 wird als 35 |'

Istwert der Drehzahländerungen mit dem für eine Extremwertregelung typischen Sollwert &Dgr;&eegr; &mdash; 0 der Dreh- ?;

zahländerungen verglichen, wobei die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert über die Blöcke 31 bzw. 32 auf das '

Kennfeld 20 auf unterschiedliche, weiter unten noch zu erläuternde Weise einwirkt. ·

In Flg. 4 ist zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Auswerteinheit 29 das Ausgangssignal des Bandpasses s|

aufgetragen, und zwar im oberen Teil die Amplitude in Abhängigkeit von Lambda und im unteren Teil die 40 i

Phasenlage für zwei Lambda-Werte oberhalb und unterhalb des Idealwertes, dem öe_mm-Punkt, auf den die Fig. 4 j|

spezialisiert wurde. Für eine Regelung auf Leistungsmaximum P&ldquor;,.&ldquor; würden sich die Verhältnisse in gleicher |;

Weise ergeben, wobei nur der Lambda-Wert im fetten Bereich liegen würde. Die Ausgangsamplitude des |

Bandpasses ist ein Maß für die Größe der Drehzahländerungen. Entsprechend den Darstellungen der Fig. 3 j|

nimmt die Änderung der Ausgangsamplitude des Bandpasses genau im Extremwert den Wert 0 an. Nach beiden 45 j§

Seiten abweichend vom Optimalwert nimmt die Amplitude stetig zu. Der Wert der Amplitude alleine sagt l|

jedoch nicht aus, auf welcher Seite des Extremwerts man liegt. Der Extremwert wird deshalb über eine %

Auswertung der Phase des Ausgangssignals des Filters 28 bestimmt. Ebenso wäre es möglich, die Ampütudenän- &rgr;

derung als Meßgröße heranzuziehen. JS

Im unteren Teil der Fig. 4 ist zum einen ein Testsignal willkürlicher, hier rechteckiger Form, und im Vergleich 50 i|

dazu die Ausgangsgröße des Filters aufgetragen. Je nachdem, ob sich der Lambda-Wert des Kraftstoff-Gemi- |

sches ober- oder unterhalb des £>e_m&ldquor;,-Punktes befindet, weist das Ausgangssignal des Filters eine unterschiedli- f

ehe Phasenverschiebung bezüglich des Testsignals auf. Entsprechend der Phasenlage läßt sich hiermit eindeutig g

feststellen, ob das Gemisch in bezug auf den i>e_ro,&ldquor;-Punkt zu fett oder zu mager ist I

Im Regler 30 der Fig. 2 findet nun ein Vergleich statt zwischen der Phasenlage des Ausgangssignals des Filters 55 |

28 und einem Phasensollwert für den i>e_m;n-Punkt statt Die Differenz dieser beiden Signale wird im einfachsten fe

Falle integriert, wozu in einer digitalen Ausführungsform beispielsweise ein Vor-Rückwärtszähler benutzt £

werden kann. Der Zählerstand entspricht einem Faktor, mit dem das Einspritzkennfeld multipliziert oder ein |

bestimmter Kennfeldbereich modifiziert wird. Bei der öe_m,&ldquor;-Regelung muß die Luft gewobbelt werden, so daß |

wegen der großen Strecke zwischen dem Bypaß an der Drosselklappe, mit dem die Luftmenge gewobbelt wird, m> I

und den Zylindern Laufzeiten entstehen, durch die die Wobbeifrequenz limitiert wird. Wegen des Vorhanden- % seins von fahrzeugspezifischen Resonanzfrequenzen kann der Phasensollwert für den />e_m,&ldquor;-Punkt drehzahl- und eventuell auch lastabhängig verschoben werden.

Eine P,&ldquor;,&ldquor;-Regelung ist für den oberen Lastbereich vorgesehen; sie soll dafür sorgen, daß die Brennkraftmaschine bei großer Last immer die für die gegebene Drosselklappenstellung maximal mögliche Leisung abgibt. In (,5 diesem Fall wird jedoch nicht die Luft, sondern die Kraftstoffmenge beispielsweise über die Einspritzzeit gewobbelt Die Meßeinrichtung und der Regler sind identisch aufgebaut

Da die Einspritzventile unmittelbar vor den Einlaßventilen der einzelnen Zylinder sitzen, entstehen wesentlich

*" geringere Laufzeiten gegenüber denen der ^,&ldquor;&ldquor;-Regelung. Bei dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel

verwendeten Vierzylinder-Motor mit Einkanal-Einspritzung, d. h. parallel geschaltete Einspritzventile und zwei Einspritzungen pro zwei Kurbelwellen-Umdrehungen, müssen immer mindestens zwei Impulse angefettet und abgemagert werden. Daraus ergibt sich die höchstmögliche Wobbeifrequenz die etwa um einen Faktor vier über 5 der Wobbeifrequenz der £>e&ldquor;&ldquor;&ldquor;-Regelung liegt. Entsprechend ist natürlich auch das Filter 28 angepaßt

Insbesondere für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2, bei dem ein Luftbypaß zum Wobbein der zugeführten Luftmenge vorgesehen ist, läßt sich vorteilhaft eine Leerlauf-Füllungsregelung einsetzen, mit der die LL-Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig von Laständerungen, wie sie beispielsweise durch das Einschalten der Klimaanlage oder ähnliches hervorgerufen werden, konstant gehalten wird. Eine derartige Leerlauf-Füllungsre- X- io gelung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 31 20 667 der Anmelderin bekannt.

&Phi; Im folgenden wird nun näher auf das Prinzip der Anpassung von Kennfeldern, wie sie schon für Einspritzsyste-

f; me, Vergasersysteme und auch Zündsysteme bekannt sind, eingegangen. Eine grobe Klassifizierung der Kenn-

i/ feldanpassungsverfahren läßt sich folgendermaßen angeben: In Fig. 5a ist eine Möglichkeit dargestellt, bei der

7 die Kennfeidwene für eine Vorsteuerung der Einspritzzeit unverändert bleiben, jedoch über die überlagerte

■ 15 Regelung multiplikative oder auch additive Korrekturen an den Ausgangsgrößen des Kennfeldes angebracht

¹ werden können. Die Kennfeldwerte an sich lassen sich jedoch durch die überlagerte Regelung nicht ändern. Der

. Vorteil dieses Verfahrens liegt darin begründet, daß das Verfahren sehr einfach und kostengünstig durchzufüh-

.^: ren ist. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß ein einmal vorgegebenes Kennfeld nicht mehr in seiner Struktur

:■; modifiziert wird.

j;' 20 In Fig. 5b ist dagegen ein Kennfeldlernverfahren angegeben, bei dem die einzelnen Kennfeldwerte des

$ Kennfeldes laufend durch die überlagerte Regelung angepaßt werden. Genauer gesagt heißt dies, daß in jedem

I, durch die Eingangsgrößen vorgegebenen Betriebspunkt die zugehörige Kennfeldausgangsgröße durch ein

rV Regelverfahren an den jeweiligen Optimalwert angepaßt wird. Beim Verlassen des jeweiligen Betriebspunktes

I wird die zuletzt ermittelte Ausgangsgröße abgespeichert und bleibt unverändert, bis dieser Betriebspunkt

si 25 wieder angewählt wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren erweist sich, daß das Kennfeld jeder beliebigen

&psgr; Struktur angepaßt werden kann. Nicht so vorteilhaft ist die Tatsache, daß zur Änderung des gesamten Kennfel-

|| des alle Kennfeldausgangsgrößen einzeln angesteuert werden müssen. Dies ist jedoch nicht immer gewährlei-

|i stet, da zum einen verschiedene Betriebspunkte, sehr selten oder nie angesteuert werden und da zum anderen die

^₁ Verweildauer in den einzelnen Betriebspunkten häufig so kurz ist, daß keine Anpassung erfolgen kann.

||1 30 Die Nachteile beider Verfahren können in vorteilhafter Weise durch einen Kompromiß gelöst werden, der

&Kgr; zwischen diesen beiden extremen Möglichkeiten liegt Zusätzlich zur unmittelbar angesteuerten Ausgangsgröße

if wird ein Bereich um diese Größe herum beeinflußt; wobei diese Beeinflussung benachbarter Kennfeldwerte mit

L wachsendem Abstand von der jeweiligen Ausgangsgröße abnimmt Als besonders vorteilhaft an diesem Kom-

&idiagr;| promiß erweist sich, daß eine nahezu beliebige Anpassung des Kennfeldes möglich ist und außerdem auch

ii J5 Bereiche beeinflußt werden, die nie oder nur selten angesteuert werden.

f. Anhand der Fig. 6, die einen Schnitt durch ein histogrammartig dargestelltes Istwert-Kennfeld mit den

r, entsprechenden, durch eine durchgezogene Linie gekennzeichneten Sollwerten wiedergibt, sollen die oben

&iacgr;; erläuterten Anpassungsverfahren veranschaulicht werden. In Fig. 6a ist die Anpassung von Einzelwerten darge-

jj\ stellt, wobei die angesteuerte Ausgangsgröße durch einen Pfeil gekennzeichnet ist Obwohl dieser Einzelwert

te 40 gemäß dem Sollwertverlauf durch die Regelung richtig angepaßt ist, kann die Struktur des Istwertkennfeldver-

; laufes den Sollwert nur nach Anfahren aller Kennfeldwerte nachgeführt werden. Beim Verlassen der angesteu-

k erten Ausgangsgröße und Übergang zu einer eng benachbarten Kennfeldgröße muß diese in ähnlicher Richtung

W angepaßt werden wie die vorherigen Werte. Der andere Extremfall, nämiich der einer muitipiikativen Anpas-

I sung des Gesamtkennfeldes ist in Fig. 6c dargestellt Aus der Abweichung der mit einem Pfeil gekennzeichneten

\l 45 Kennfeldgröße vom Sollwert wird ein Faktor gewonnen, der den entsprechenden Kennfeidwert zwar richtig

S anpaßt, aber alle anderen Kennfeldwerte im gleichen Sinn verändert. Wie anhand des gewählten Sollwertverlau-

'{■ fes ersichtlich ist, läßt sich mit einer derartigen muitipiikativen Anpassung der gewünschte Sollwertverlauf des

&rgr; Kennfeldes nicht exakt erreichen. Für eine Mischform aus beiden Verfahren, wie sie anhand von Fig. 6 schema-

I? tisch dargestellt ist gibt es verschiedene Möglichkeiten der Anpassung. Eine Möglichkeit besteht darin, das

% so Kennfeld in Stützstellen zu unterteilen. Zwischenwerte werden im einfachsten Fall beispielsweise durch eine

lineare Interpolation berechnet Bei einer Anpassung des Kennfeldes an den entsprechenden Sollwert werden nur die Stützstellen verändert, so daß sich eine Anpassung der umliegenden Bereiche durch die Interpolation ergibt Hierbei wird automatisch die Umgebung des geänderten Stützstellenwertes im gleichen Sinne wie die Stützstelle an sich, allerdings mit wachsendem Abstand von der Stützstelle schwächer gewichtet, geändert Bei 55 diesem Kennfeldlernverfahren ist es nicht erforderlich, jede einzelne Kennfeldgröße anzufahren, um sie zu ändern. Das heißt, daß einerseits eine Anpassung des Kennfeldes rasch vonstatten geht und daß zum anderen auch jede vorgegebene Struktur zumindest näherungsweise anpaßbar ist

Durch systembedingte Laufzeiten ist der Regelfaktor auch im stationären Betrieb nicht immer konstant sondern weist zeitliche Schwankungen auf. Aus diesem Grund ist eine Mittlung des Regelfaktors angebracht, 60 wobei dann nur zu vorgegebenen Zeitpunkten diese gemittelten Regelfaktoren in das Kennfeld eingearbeitet werden. Nach der Einarbeitung wird der Regelfaktor auf eins zurückgesetzt Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Kennfeld sicher angepaßt werden kann, obwohl sich die Zeitdauer der Anpassung verlängern kann.

Zur Erläuterung der Vorteile einer derartigen Mittelwert* " ' -ng soll die Rg. 7 herangezogen werden. Aus Gründen der Einfachheit wurden hier nur drei Stützsteilenwerte 51,52,53 aufgetragen, die dazu noch gleiche b5 Werte annehmen. Die dick durchgezogene Istwert-Kennlinie nimmt daher den Verlauf einer Geraden an. Die gestrichelt eingezeichnete Sollwert-Kennlinie weicht im vorliegenden Beispiel erheblich von dem Verlauf der Istwert-Kennlinie ab. Um jede der Stützstellen ist ein Stützstellen-Einzugsbereich definiert, der im vorliegenden Spezialfall dem halben Abstand zweier Stützstellen, wie für die Stützstelle 52 in der Zeichnung angedeutet.

entspricht. Jede Stützstelle kann nur verändert werden, wenn ein oder mehrere Arbeitspunkte im Einzugsbereich dieser Stützstelle angesteuert werden. Ist nun beispielsweise für längere Zeit der Arbeitspunkt I angesteuert, so ist in diesem Arbeitspunkt nur dann Übereinstimmung zwischen Soll- und Istwert (unter Voraussetzung einer linearen Interpolation) zu erreichen, wenn der Stützstellenwert 52 von seinem Ausgangswert E auf den neuen Wert A angehoben wird. Geht man dagegen von dem Arbeitspunkt II aus, so muß der Stützstellenwert 52 auf den Wert D angehoben werden, damit für den Arbeitspunkt 11 Übereinstimmung zwischen Soll- und Istwert erreicht wird. In beiden Fällen hat die Stützstelle nicht ihren richtigen Wert angenommen, der bei B liegen sollte. Aus dieser anschaulichen Darstellung ergibt sich zum einen, daß die Anpassung um so besser ist, je näher der Arbeitspunkt an der Stützstelle liegt, und zum anderen, daß mit einem einzigen Arbeitspunkt im Einzugsbereich der jeweiligen Stützstelle diese nicht immer exakt angepaßt werden kann.

Es bietet sich jedoch die Möglichkeit an, die Stützstelle nicht sofort zu beeinflussen, sondern die Korrekturwerte zu mitteln, solange sich der Arbeitspunkt im Einzugsbereich befindet. Beim Verlassen des Bereiches wird die Stützstelle mit diesem Mittelwert korrigiert. Im vorliegenden Beispiel würde sich nach dieser Vorgehensweise für die Stützstelle 52 der Punkt Cergeben. Obwohl dieser Wert auch nicht exakt dem Sollwert B entspricht, liegt er jedoch schon recht nahe am Sollwertpunkt. Werden noch weitere Arbeitspunkte innerhalb des Einzugsbereichs der jeweiligen Stützstelle angefahren, so ergibt sich über die fortgesetzte Mittlung der berechneten Werte eine kontinuierliche Annäherung des Stützstellenistwertes an den Stützstellensollwert.

In Fig. 8 ist ein Ausschnitt aus einem beliebigen Kennfeld dargestellt. Die Eingangsgrößen, im vorliegenden Fall die Drehzahl &eegr; und die Drosselklappenstellung &agr; sind quantisiert und jeder Kombination dieser Eingangsgrößen ist eine Ausgangsgröße, hier die Einspritzzeit r, zugeordnet. In der hardwaremäßigen Ausführung sind die Ausgangsgrößen in einem Schreib-Lese-Speicher abgelegt, wobei die Eingangsgrößen jeweils die Adresse innerhalb des Speichers bestimmen. Im vorliegenden Fall wurde als einfaches Beispiel ein Kennfeld mit 3x3 Stützstellen gewählt, die in der Figur punktiert gekennzeichnet sind. Durch eine lineare Interpolation können jeweils zwischen zwei Stützstellen noch drei Zwischenwerte berechnet werden, so daß sich insgesamt für den hier gewählten Spezialfall 81 Kennfeldwerte ergeben.

Anhand von Fig. 9 soll die vorher beschriebene Mittelwertbildung der Korrekturwerte innerhalb eines Stützstellenbereiches verdeutlicht werden. Im oberen Teil dieser Abbildung sind ausschnittsweise neun Stützstellen (3 &khgr; 3) dargestellt, wobei der Einzugsbereich einer Stützstelle schraffiert dargestellt wurde. Die Fahrkurve, die durch die zeitliche Änderung der Eingangsgrößen des Kennfeldes, hier Drosselklappenstellung &agr; und Drehzahl &eegr; gegeben ist, ist als durchgezogene Linie dargestellt. Diese Fahrkurve tritt am Punkt A zum Zeitpunkt U in den Einzugsbereich der ausgewählten Stützstelle ein und verläßt nach einem gewissen Zeitraum diesen Stützstellenbereich am Punkt ßzum Zeitpunkt ffr.

Aus dem unteren Teil der Fig. 9 ist der deutliche Verlauf des Regelfaktors (durchgezogene Linie) im Zeitraum zwischen u und h sowie der zeitlich gemittelte Regelfaktor (gestrichelte Linie) ersichtlich. Das Mittlungsverfahren läuft nun in folgender Weise ab. Wenn die Fahrkurve vom Einzugsbereich einer Stützstelle in einen anderen Einzugsbereich wechselt (zum Zeitpunkt f_a, tb), so erfolgt gegebenenfalls eine Anpassung der Stützstelle des gerade verlassenen Einzugsbereiches sowie eine Rücksetzung des Regelfaktors auf den neutralen Wert eins. In dem Zeitpunkt, in dem die Fahrkurve im Einzugsbereich einer Stützstelle liegt, erfolgt eine Mitteilung des Regelfaktors. Es kann sich dabei als vorteilhaft erweisen, daß die Mittelwertbildung erst nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine (beispielsweise 16 Umdrehungen) einsetzt. Dadurch können einerseits Überschwinger ausgeklammert werden und andererseits ist eine Unterscheidung zwischen dynamischem und stationärem Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine möglich. Zur Mitteilung wird ein insbesondere digitaler Tiefpaß erster Ordnung verwendet. Verläßt die Fahrkurve den betreffenden Einzugsbereich, so wird dieser gemittelte Wert ganz oder möglicherweise auch nur teilweise in die Stützstelle eingearbeitet und anschließend der Regelfaktor auf den neutralen Wert eins gesetzt.

Charakteristisch für dieses Lernverfahren ist die Tatsache, daß die Eigenschaften des bestehenden Regelkreises unverändert erhalten bleiben. Innerhalb einer Stützstellenumgebung beeinflußt der Regelfaktor weiterhin direkt die Stellgröße. Erst nachdem durch die Mittelung mehrere Korrekturwerte innerhalb eines Stützstellenbereiches eine eindeutige Änderungstendenz erfaßt wurde, wird beim Verlassen dieses Stützstellenbereiches die Änderung in die zugehörige Stützstelle eingearbeitet. Durch das Interpolationsverfahren ergibt sich in der Stellgröße ein Sprung, der sich jedoch nicht störend auswirkt. Es kann sich als sinnvoll erweisen, durch ein Rechenverfahren den Regelfaktor in der Weise zurückzusetzen, daß ein Sprung vermieden wird.

Eine Änderungsbegrenzung, die als Referenz den Urzustand des Kennfeldes verwendet, gewährleistet, daß auch bei einer Störung immer ein ^uffähiges" Kennfeld erhalten bleibt Gleichzeitig kann bei Ansprechen der Begrenzung eine Warnung ausgegeben werden, da mit großer Wahrscheinlichkeit ein schwerwiegender Defekt innerhalb des Regelkreises oder am Motor vorliegt Das Kennfeld im Urzustand ermöglicht weiterhin eine komfortable Notlauffunktion.

In Fig. 10, die in bezug auf die Vorsteuerung der Gemischzusammensetzung identisch mit den Anlagen der Fig. 2 ist, wurde blockschaltbildmäßig eine Ausführungsform des Kennfeldlernverfahrens mit Mittelwertbildung dargestellt. Obwohl in diesem Fall die der Vorsteuerung überlagerte Regelung als Extremwertregelung ausge- bo legt ist, bleibt das Prinzip des hier vorgestellten Kennfeldlernverfahrens davon unberührt Auf jeden Fall werden die Ausgangssignale der wie immer gearteten Meßeinrichtung 27 dem Regler 30 zugeführt. Über einen Vergleicher 40, in dem der Ist-Sollwert-Vergleich durchgeführt wird, findet die Ansteuerung einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise als Integrator ausgebildeten Komponente 41 statt. Die Ausgangssignale dieser Komponente 41 beeinflussen zum einen multiplikativ die Ausgangsgröße t, des Kennfeldes 20. Zum b5 anderen dienen sie zur Ansteuerung eines Mittelwertbilders 42, der seinerseits ausgangsseitig die einzelnen Kennfeld- bzw. Stützstellenwerte des Kennfeldes 20 beeinflußt. Die Verbindung zwischen dem Mittelwertbilder 42 und dem Kennfeld 20 ist über einen Schalter 51 unterbrechbar. Des weiteren können die beiden Blöcke

Mittelwertbilder 42 sowie die vorzugsweise als Integrator ausgebildete Komponente 41 über weitere Schalte 5 2 und S 3 auf vorgegebene Anfangswerte A₀ und B₀ gesetzt werden. Die Schalter 51.52 und 5 3 werden durcl eine Bereichserkennung 43, der als Eingangsgrößen die Drosselklappenstellung &agr; und die Drehzahl &pgr; de; Brennkraftmaschine zugeführt werden, gesteuert.

Es soll an dieser Stelle noch einmal hervorgehoben werden, daß die Parameter Drosselklappenstellung &agr; um Drehzahl &eegr; zur Charakterisierung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine beispielhaften Charaktei haben. Ebenso wären auch andere Parameter, wie z. B. der Ansaugrohrdruck, die Luftmenge, die Luftmasse odei auch die Abgastemperatur als Eingangsgrößen denkbar.
Zu jeder Stützstelle wird, wie schon im Text zu Fig. 9 beschrieben, ein Einzugsbereich definiert. Solange di<

&iacgr;&ogr; Fahrkurve der Brennkraftmaschine innerhalb eines Einzugsbereiches liegt, wird im Mittelwertbilder 42, eventu eil nach einer beispielsweise drehzahlabhängigen Verzögerungszeit, der Kcrrekturfaktor gemittelt, das Kenn feld jedoch nicht beeinflußt Der aus dem Kennfeld 20 ausgegebene Wert wird permanent durch das Ausgangssi gnal des Reglers 30 beeinflußt.

Verläßt die Fahrkurve den betreffenden Einzugsbereich der Stützstelle, so stellt die Bereichserkennung die; fest und betätigt die drei Schalter 51,52 und 53. Mittels des Schalters 51 kann der gemittelte Korrekturwert ir die zuletzt angesteuerte Stützstelle eingearbeitet werden. Daneben werden über die Schalter 52 und 53 de; Mittelwertbilder 42 und die Komponente 41 auf Anfangswerte, nämlich A₀ und flb zurückgesetzt In gleiche; Weise kann dieser Lernvorgang für die nächste, angefahrene Stützstelle durchgeführt werden.

Ergänzend ist in Fig. 11 ein Kennfeld für die Einspritzzeiten f,- (in Millisekunden) aufgetragen, wobei al; Eingangsgrößen wiederum die Drosselklappenstellung &agr; (in Grad) und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (ir Umdrehungen pro Minute) dienen. Das Kennfeld besteht hier aus 8 &khgr; 8 Stüizstellen, nämlich acht Drehzahl- unc acht Drosselklappenstellungen. Die 64 Werte für die Ausgangsgröße f, sind beispielsweise iin einem Schreib-Le se-Speicher abgelegt und können mit den schon weiter oben beschriebene,. Regelverfahren (be_mm-, P,&ldquor;.&ldquor;-Rege lung) in den enstprechenden, durch verschiedene Schraffierungen gekennzeichneten Bereichen geändert wer den. Für kleine Drosselklappenwinkel und Drehzahlen unter ca. 1000 Umdrehungen pro Minute wird die Drehzahl mittels einer Leerlaufregelung mit überlagerter 6e&ldquor;&ldquor;&ldquor;-Regelung geregelt. Für höhere Drehzahlen dei Brennkraftmaschinen bei nahezu geschlossener Drosselklappe findet eine Schubabschaltung der Brennkraftmaschine statt. Über einen weiten, unschraffierten Bereich, den Teillastbereich bietet sich eine i>e_ra/_n-Regelung dei Gemischzufuhr für die Brennkraftmaschine an. Insbesondere bei vollgeöffneter Drosselklappe bzw. nahezi vollgeöffneter Drosselklappe und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschinen ist hingegen eine Regelung auf maximale Leistung, eine fma«-Regelung sinnvoll. Diese verschiedenen Regelverfahren lassen sich beispielsweise mit einer Anordnung, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, durchführen.

Des weiteren sind verschiedene Anreicherungsfunktionen, so z. B. die Warmlauf- oder Beschleunigungsanreicherung vorgesehen. Bei der Warmlaufanreicherung wird das Gemisch über eine temperaturabhängige Warmlaufkennlinie angefettet, wobei das Kennfeld selbst unbeeinflußt bleibt Bei der Beschleunigungsanreicherung muß dagegen eine vorübergehende Veränderung der Benetzung der Saugrohrwand ausgeglichen werden. Die daraus kurzzeitig resultierende Fehlanpassung läßt sich dadurch korrigieren, daß die Kraftstoffmenge um einer Faktor überhöht wird, der der zeitlichen Änderung der Stellung der Drosselklappe entspricht. Dadurch, daß die Drosselklappenstellung als Eingangsgröße für die Beschleunigungsanreicherung verwendet wird, spricht diese Anreicherung sehr schnell an.

Der hardwaremäßige Schaltungsaufbau zur Durchführung einer er-n-Gemischvorsteuerung mit einer überlagerten, adaptiven Regelung mittels eines Mikrocomputers (beispielsweise INTEL 8051) und der dazugehöriger Peripherie ist schematisch in Fig. 12 dargestellt. In einem Mikrocomputer 50 sind die Komponenten CPU 51 ROM 52, RAM 53, Timer 54, erste Ein/Ausgabc-Einheit 55 und zweite Ein/Ausgabe-Einheit 56 über einer Adress- und einen Datenbus 57 miteinander verbunden. Zur Zeitsteuerung des Programmablaufes im Mikrocomputer 50 dient ein Oszillator 58, der einerseits direkt an die CPU 51 und andererseits über einen Teiler 59 ar den Timer 54 angeschlossen ist. Der ersten Ein/Ausgabe-Einheit 55 werden über Aufbereitungsschaltangen 60 61 und 62 die Signale einer Abgassonde 63 eines Drehzahlgebers 64 sowie eines Bezugsmarkengebers 65 zugeführt. Als weitere Eingangsgrößen dienen die Batteriespannung 66, die Drosselklappenstellung 67, die Kühlwassertemperatur 68 sowie das Ausgangssignal eines Drehmomentgebers 69, die über zugeordnete Aufbereitungsschaltungen 70,71,72 und 73 einer Serienschaltung aus einem Multiplexer 74 und einem Analog-Digital-Wandler 75 zugeführt werden. Die Ausgänge des Analog-Digital-Wandlers 75 sind mit dem Bus 57 verbunden Die Funktion des Multiplexers 74 und des Analog-Digital-Umsetzers 75 kann beispielsweise durch den Baustein 0809 von National Semiconducters realisiert werden. Die Steuerung des Multiplexers 74 erfolgt über eine Leitung 76 ausgehend von der ersten Ein/Ausgabe-Einheit 55. Die zweite Ein/Ausgabe-Einheit 56 steuert übet Leistungsendstufen 77 sowie 78 einen Luftbypaß 79 und Einspritzventile 80 an. Weitere Auügangssignale dieser Ein/Ausgabe-Einheit 56 können für Diagnosezwecke oder die Zündungssteuerung bzw. -regelung verwendet werden.

Niirlii aile hier dargestellten Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen sind fur jedes der bisher beschriebenen Kegel-

b0 verfahren unbedingt notwendig. Für eine Extremwertregelung auf minimalen Kraftstoffverbrauch bzw. maximale Leistung durch Wobbein des Luftbypasses 79 bzw. der Kraftstoffmenge (Einspritzventile 80) kann die Abgassonde 63, die Aufbereitungsschaltung 60, der Drehmomentgeber 69 sowie die Aufbereitungsschaltung 73 entfallen. Wird statt dieser Extremwertregclung eine Regelung der Luftzahl Lambda durchgeführt, so kann aul den Drehmomentgeber 69, die Aufbereiiungsschnltung 73, die Endstufe 77 und den Luftbypaß 79 verzichtet

b5 werden. Der Drehmomentgeber 69 einschließlich der Aufbereitungsschaltung 73 ist für ein modifiziertes, noch zu beschreibendes Regelverfahren notwendig.

Anhand des folgenden Flußdiagrammes wird der Programmablauf für das Beispiel einer Extremwertregelung gemäß Fig. 2 näher erläutert. (Die anderen, schon beschriebenen bzw. noch zu beschreibenden Regelverfahren

lassen sich mit geänderten Eingangsgrößen und Änderungen der Programmstruktur, die für den einschlägigen
Fachmann keine Schwierigkeiten darstellen, auf einfache Weise realisieren):

Flußdiagramm 1: Hauptprogramm

IHITIALISIERCTG BEI ZÜNDUNG EIN:

PORTS DEFINIEREN INTERRUFTS DEFINIEREN TIMER-MODUS EINSTELLEN SPEICHER JiIT ANFANGSWERTEN LADEN ZEITSYSTZi-I STARTEN

WARTEN AUF BEZUGSMARKE (DREHZAHLSIGNAL)

KRAFTSTOFFPUMPE EINSCHALTEN

DREHZAHL-INTERRUPT? (DURCH ZÜNDUNG, BEZUGSMARKE ODER ENDE DREHZAHLMESSUNG) '_

A NEIN

JA

UNTERPROGRAMM: DREHZAHLA3HÄNGIGE PROGRAMMTEILE .~. (Flußdiagraan 2)

ZEIT-IIiTERRUPT? (DURCH TIMER ALLE 0-1 ms) NEIN

JA

UNTERPROGRAMM: ZEITABHÄNGIGE PROGRAMMTEILE (Flußdiagram 3)

10

Flußdiagramm 2: Unterprogramm für drehzahlabhängige Programmteüe

PREH ZAHLSYNCHRONE

ZUHDZEITPUUKT

,_r NEIH

( RETURN

PERIODENDAUERMESSUNG ZU ENDE?
(ERGEBNIS:

DREHZAHLSYNCHRONE
UNTERPROGRAMME /
FÜR P - ^N

BANDPASS

AUSWERTUNG NACH BETRAG UND PHASE ■

'LAG EIiIE BEZUGSMARKE ZWISCHEN DEN LETZTEN BEIDEN ZÜNDUNGEN?

(Flußdiagramni 7)
(Flußdiagrann 8)

BERECHNUNG DER EIN-

LERNSTRATEGIZ

(return j

JA

nDAUERZ-ESSUNG \

is: T?r) /

	, JA
1	DREHZAHLBERECHIiUHG N = K/TN
1
TESTSIGSALGENEHATOR

START DER PERIODEN-DAUERMESSUNG EINES WINKELSEGMENTS

(Flußdiagranm k) (Flußdiagraim 5)

(Flußdiagranm 6)

NEIN

AUSGABE DES

¹?"? Tyrol rr g

TURN J

RETURN

Flußdiagramm 3: Unterprogramm für zeitabhängige Programmieile

ZEITSYNCHRONE UNTERPROGRAMME FÜR te . REGELUNG¹¹

INTERRUPT VON ZEITZÄHLER (ALLE 0.1 ms)·

UNTERPROGRAMM:

BYPASSANSTEUERUNG

10 ms PERIODENDAUER MIT

VARIABLEM TASTVERHÄLTNIS

10 ms ABGELAUFEN?

JA

TESTSIGNALGHNERATOR

BANDPASS

AUSWERTUNG NACH BETRAG UND PHASE

I>

NEIN

C RETURN J (Flußdiagraam U)

(Flußdiagramm 5) (Flußdiagramn 6)

ABREGELFUTiKTIONEN IM 10 ms-RASTER (START, NACHSTARTANREI-CHERUIiG, BZSCKLEUNIGUHGS-AiIREICHERUKG)

( RETURN J

12

Flußdiagramm 4: Testsignalgenerat<

&bull;&Tgr; -j- &mdash;&mdash; - s "\

^Pn:a_X"^Rege:Lung

NEIN

DROSSELKLAPPE < 25°?

DROSSELKLAPPE > 35°?

\nedi

JA

1^-WOBBELUNG:

f&ldquor;_ni5= n-Droportional &xgr;&trade;= 6.25 Hz

(bei 1500 U/nin) &psgr; UIiDR. "FETT" -

2 UMDR. "MAGER¹Q WOBBELAIiPLITUDE:

P -REGELUJIG max be . -

i . -Regelung mm ⁵

JA

BYPASS-W0B3ELUWG:

f&ldquor;_n_= const.

W03BELAMPLITUDE:

&Dgr;&lgr; <&iacgr; 0.05

(KEiniFELD = f (cL·. n) (fü r WOBBELAi^PLITUDE)

i be . -REGELUIIG y min

13

Flußdiagramm 5: Bandpass

te . -REGELUIIG mm

ABTASTIOTERVALL:

P -REGELUIiG:

8 ABTASTUNGEN PRO TESTSIGNALPERIODE

be . -REGELUNG:

IBi &Pgr;

32 ABTASTUNGSH PRO TESTSIGNALPERIODE

FILTERALGORITHl-lUS:

BNF = -a^
MIT BNF
BNF1, BNF2

BNI, BN2 =

+ b .BIiI -

NEUER FILTERWERT (16 BIT)

VERGAiSGENHEITSWERTE DES FILTERWERTS..(2U BIT) "~

VERGANGENHEITSWERTE DER DREHZAHL (16 BIT)

PHASE UITD AMPLITUDE (POS.

(return)

Flußdiagramm 6: Auswertung nach Betrag und Phase

&Iacgr; X pro N ESTSIGNAL- ) PERIODE J

(TESTSIGNAL-

NEIN

DK-WINKEL > 35 ?

JA

'PHASENLAGE
BANDPASS

max

BESCHLEUNIGUNG ODER SCHUB?

NEIN '

LEERLAUF?

JA

NEIN

DROSSSLKLAPPEN-\ JA "( WIFiCZL 4. 25° 1 -_A

NEIN

GEICESCH
ABMAGERH

GEMISCH ANFETTEN

MIT

KRAFTST0FF,i033ELUNG (t.)

be . -REGE-

LuSg¹¹FuR leerlauf-

PHASENLAGE BANDPASS

GEMISCH
AiIFETTEN

GEMISCH A3MAGERII

be . -REGSLUIIG MIT &agr;&igr;&eegr;.

LUFTW03BELUHG (3YPASS)

15

Flußdiagramm 7: Berechnung der Einspritzzeit

X PRO KW-UMDREHUHG

ERFASSUNG DER ANALOGEN EINGANGSGROESSEN (DROSSELKLAPPENSTELLUNG, TEMPERATUR-BATTERIESPANIiUNG usw.)

LEERLAUF-KENNFELD

k X 8 t = f (T, n)

EINSPRITZ-MENGE

einspritz-kennfeld:

ABSCHALTVERZÖGERUNG
t = 0

BERÜCKSICHTIGUNG VON KORREKTURFAKTOREN (WARMLAUF, BESCHLEU-NIGUNGSANREICKERUNG, REGELFAKTOR, SPANIiUNGSKORREKTUR)

RETURN

16

Flußdiagramm 8: Kennfeldlernstrategie

ADRESS-BERECHNUNG DER ZU VERÄNDERNDEN STÜTZSTELLE

	NEIN	I	.·	/ STÜTZSTELLENBEREICH \ ( verlassen? ) Vn^a? /	, . ■ .-V-:-*;- t.
		MITTELUNG DES REGELFAKTORS			REGELFAKTOR ZURÜCKSETZEN
				JA
			BERECHIiUNG DES STÜTZ STELLENWERTES (AUS GEMITT. REGELFAKTOR) UND KENNFELDANPASSUNG
<		-

(RETURN

Nach dieser blockschaltbildmäßigen Darstellung des Programmablaufes für eine Extremwertregelung sollen einige Weiterentwicklungen bzw. Verbesserungen und Vereinfachungen der bisher dargestellten Regeiverfah-

f ren diskutiert werden.

Wie schon in der Beschreibung anhand der Fig. 1 und 2 dargestellt wurde, erfordert die Extremwertregelung auf das Verbrauehsminimum be_m&ldquor; ein Wobbein der Luft beispielsweise über einen Luftbypaß, der die Drosselklappe überbrückt. Zum Durchlaufen der relativ langen Strecke zwischen dem Bypaß und den einzelnen Zylindern benötigt das Luftgemisch eine gewisse Zeitdauer, wobei aufgrund dieser Laufzeiten die Frequenz des Luftwobbeins begrenzt und damit die Regelung relativ langsam wird. Im Gegensatz hierzu kann das Wobbein der Kraftstoffmenge mit relativ hoher Frequenz erfolgen, da die Einspritzventile direkt am Brennraum angeordnet und Laufzeiteffekte dadurch zu vernachlässigen sind. Im weiteren sollen nun verschiedene Verfahren offenbart werden, bei denen eine Regelung auf Verbrauchsminimum mit Hilfe der Kraftstoffwobbelung als Testsignal realisiert werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode ergibt sich aus dem Wegfall des Luftbypasses.

Zur Erläuterung des Grundgedankens zeigt Rg. 13 zum einen in Rg. 13a das Drehmoment M einer Brennkraftmaschine aufgetragen über der unkorrigierten Einspritzzeit f_t. und Rg. 13b zum anderen den Wirkungsgrad &eegr; bzw. den spezifischen Kraftstoffverbrauch aufgetragen über der unkorrigierten Einspritzzeit te. Der in Rg. 13a - dargestellte Verlauf des Drehmoments bei konstanter Luftmenge und Drehzahl läßt sich aus den durchgezogenen Linien der Rg. 1 herleiten, wobei anstelle des Lambda-Wertes des Gemisches die Einspritzzeit als Abszisse dient. Da der Quotient aus Drehmoment M und Einspritzzeit t_c dem Wirkungsgrad entspricht, gibt die eingezeichnete Tangente m das Maximum des Wirkungsgrades bzw. das Minimum des spezifischen Kraftstoffverbrauchs an. In Rg. 13b sind die entsprechenden Kurven für Wirkungsgrad und spezifischen Kraftstoffverbrauch dargestellt.

Es bietet sich nun an, die Einspritzzeit I₁- zu wobbeln und mit Hilfe eines Drehmomentgebers, wie er in Fig. 12 mit der Nummer 69 dargestellt ist, das jeweilige Drehmoment und daraus den Wirkungsgrad &eegr; ~ M/t_c der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Wird dieser Wert beispielsweise mit einem digitalen Bandpaß gefiltert, und mit dem Testsignal verglichen, so kann aus der Phasenlage des Testsignals und des Signals am Ausgang des Bandpasses bestimmt werden (siehe auch Beschreibung zur Rg. 2,3,4), ob die Grundanpassung sich rechts oder links vom Maximum befindet. Über einen Regler sind dann entsprechende, korrigierende Eingriffe möglich. Da ein Wobbeln der Einspritzzeit im Maximum des Wirkungsgrades Drehmomentänderungen hervorruft, muß der Wobbeihub im praktischen Fahrbetrieb klein gehalten werden. Zu beachten ist, daß die Drehmomentmessung als Absolutmessung eingeht. Eine Verschiebung beispielsweise des Nullpunktes durch Offset-Spannungen bedeutet sofort eine Verschiebung des errechneten Maximums. Vorteilhaft erweist sich, daß für dieses Regelverfahren der Luftbypaß zum Wobbeln der angesaugten Luftmenge entfallen kann. Grundsätzlich läßt sich dieses Prinzip des Wobbeins der Einspritzzeit auch für andere Gemischzumeßsysteme, die ihre Eingangsgrößen nicht unbedingt von der Drehzahl und Drosselklappenstellung ableiten, einsetzen.

Im folgenden wird ein weiteres Verfahren zur Regelung auf das Verbrauchsminimum beschrieben, bei dem als Testsignal die Kraftstoffmenge gewobbelt, jedoch kein Drehmomentgeber benötigt wird. Es ist nämlich möglich, wie die folgende Gleichung zeigt, daß das Drehmoment sich auch aus der Drehzahländerung bestimmen läßt:

M- W=AM= -2&pgr;· &THgr;^

mit

M = Drehmoment
W = Lastmoment

AM = Mittelwert der Momentänderung über eine Umdrehung

&THgr; &mdash; Trägheitsmoment

T = Periodendauer einer Umdrehung

AT= Änderung der Periodendauer.

Bildet man nun den Quotienten AM/At^ so läßt sich die Steigung der Drehmomentkurve gemäß Rg. 13a bestimmen. Hat man auf der anderen Seite die Steigung für den be&ldquor;&ldquor;_n-Punkt in den einzelnen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine vermessen und beispielsweise als Sollwert in einem Speicher abgelegt, so kann über einem Soll-Istwert-Vergleich eine Regelung aufgebaut werden. Es ist mit diesem Verfahren jedoch auch möglieh, durch Vorgabe von anderen Sollwerten auf Betriebspunkte zu regeln, die nicht dem 5e&ldquor;&ldquor;&ldquor;-Wert entsprechen.

Wie aus der Gleichung ersichtlich ist, geht das Trägheitsmoment &THgr; in die Berechnung der Steigung ein. Dieses ändert sich jedoch in Abhängigkeit vom eingelegten Getriebegang und der Beladung der Brennkraftmaschine. Der Einfluß auf die berei;iiiicic Steigung ist bei Fahrzeugen mit Drciirncrncritvvar.dlerr·. irr. allgemeinen sehr

bo gering. Bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe kann der Einfluß nicht immer vernachlässigt werden. Hier bietet sich beispielsweise an, die Sollwerte gangabhängig oder ladungsabhängig vorzugeben. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, das Einspritzkennfeld nur in einem Gang, beispielsweise dem höchsten Gang zu bestimmen und für die anderen Getriebegänge als gegeben vorauszusetzen. Obwohl die Gleichung exakt nur unter der Voraussetzung eines konstanten Lastmoments IV gilt, kann der aus kleinen Änderungen des Lastmoments

to resultierende Fehler unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in guter Näherung vernachlässigt werden.

Eine Vereinfachung bzw. eine Verbesserung der beschriebenen Einspritzverfahren mit Kennfeld-Vorsteuerung und einer überlagerten Regelung, wobei verschiedene Regelverfahren in Abhängigkeit von dem Betriebs-

bereich der Brennkraftmaschine angewendet werden, ergibt sich durch die im folgenden beschriebene Anordnung. Das Kennfeld ist, wie schon in Fig. 11 beschrieben, in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen wie z. B. der Drosselklappenstellung &agr; und der Drehzahl &eegr; in verschiedene Bereiche, nämlich Leerlauf, Schub, Teillast und Vollast unterteilt Der Ausgestaltung Hegt ebenfalls die Absicht zugrunde, ein Wobbein der Luftmenge für die öe_m,&ldquor;-Regelung im Teillastbereich zu vermeiden. Dazu werden die Kennfeldwerte der Vorsteuerung im Vollastbereich so angepaßt, daß der Motor im Leistungsmaximum arbeitet. Die Luftzahl liegt dann ebenso wie für den Leerlaufbereich bei Werten &lgr; < 1. im Teillastbereich werden die Kennfeldwerte dem Verbrauchsminimum be_ma angepaßt Die Luftzahl &lgr; variiert hier zwischen Werten 1,1 2 &lgr; < 1,5. Im Schubbetrieb wird die Kraftstoffmenge auf sehr kleine Werte oder auf Null reduziert Dadurch, daß die Drosselklappenstellung kein direktes Maß für die Luftmenge darstellt, gehen Änderungen von Luftdruck und -temperatur unmittelbar in den Lambda-Wert des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches ein. Die im Kennfeld abgelegten Vorsteuerwerte für die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge müssen daher durch eine überlagerte Regelung korrigiert werden, so daß der Lambda-Wert entsprechend eingestellt werden kann.

Als besonders einfaches Regelverfahren bietet sich eine Regelung auf maximale Leistung an, die außer im Leerlauf bereich nur im Vollastbereich wirksam ist Der Regler erzeugt einen Faktor, durch den die Änderungen in der angesaugten Luftmenge aufgrund von Druck- bzw. Temperaturschwankungen berücksichtigt werden. Dieser Faktor, der nur im Vollastbereich ermittelt wird, gilt natürlich näherungweise auch für die Kennfeldwerte des Teillastbereiches. Es bietet sich aus dhsem Grunde an, diesen Faktor beim Übergang in den Teillastbcreich festzuhalten und auch in diesem Bereich wirken zu lassen. Insgesamt gesehen beeinflußt dieser Regelfaktor den gesamten Teillast- und Vollastbereich, wird jedoch nur im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine ermittelt

In Flg. 14 ist ein Blockschaltbild des Regelkreises dargestellt. Zu Rg. 2 identische Komponenten sind auch mit gleichen Ziffern bezeichnet. Im weiteren wird nur die Abweichung bzw. Neuerung beschrieben. Da es sich im vorliegenden Fall nur um eine Regelung auf Leistungsmaximum handelt, wirkt der Testsignalgenerator 26 über eine Summationsstelle 80 und eine Multiplikationsstelle 81 alleine auf die aus dem Kennfeld 20 ausgelesenen Einspritzzeiten t_h Da jeweils zwei Einspritzimpulse im Wechsel angefettet und abgemagert werden, ergibt sich eine drehzahlabhängige Beeinflussung. Der Regler 30, dem die Ausgangssignale der Meßeinrichtung 27 zugeführt werden, beeinflußt im Vollastfall über den Schalter S 2 multiplikativ den aus dem Kennfeld ausgelesenen Wert. Dieser Regler arbeitet mit einer möglichst kleinen Zeitkonstante, wobei gleichzeitig über einen Mittelwertbilder 82 gemittelt wird. Bei einem Verlassen des Vollastbereiches wird der Regler 30 abgeschaltet, der Schalter S 2 geöffnet und der Schalter S1 geschlossen. Somit wird im Teillastbereich der vom Mittelwertbildner 82 gespeicherte Regelfaktor wirksam, und zwar in der Weise, daß die aus dem Kennfeld 20 ausgelesenen Einspritzzeiten f, multiplikativ beeinflußt werden. Im Leerlauf findet ebenfalls eine Regelung auf das Leistungsmaximum statt, so daß hier auch der Regler 31 in Verbindung mit dem Schalter 5 2 verwendet werden kann. Falls die jeweils erforderlichen Um- bzw. Abschaltvorgänge des Reglers softwaremäßig gelöst werden, kommt der Bereichserkennungsstufe 83 im wesentlichen symbolische Bedeutung zu.

Mit Hilfe dieser Anordnung lassen sich auf einfache Weise die Kennfeldwerte der Einspritzzeit r, für den Teillastbereich mittels einer Vollast-Regelung an die wechselnden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anpassen. Es handelt sich hierbei um besonders preiswerte und einfache Maßnahmen, die ohne großen Aufwand rein softwaremäßig verwirklicht werden können.

Es können Situationen auftreten, in denen diese Neukalibrierung nach dem Vollastbetrieb nur relativ selten, wenn das Kraftfahrzeug z. B. über Tage hinweg nur im Teillastbereich, beispielsweise im Stadtverkehr betrieben wird, durchgeführt werden kann. Unter Umständen führt eine zu seltene Neukalibrierung der Kennfeldwerte zu einem nachteiligen Verhalten der Brennkraftmaschine im Teillastbereich. Eine wesentlich häufigere Neubestimmung des Regelfaktors wird jedoch dann erreicht, wenn auch im Teillastbereich kalibriert werden kann.

Zur Erläuterung dieses Verfahrens ist in Fig. 15 ein Ausschnitt aus dem Kennfeld der Fig. 11 dargestellt. Dabei wurden vier Kennfeldwerte, die besonders häufig im Teillastgebiet angefahren werden, zur Neukalibrierung des Systems ausgewählt. Der mittlere Wert (t, = 2,9 msec, für &eegr; = 1200 und a = 7°) kommt im normalen Teillastbereich zur Anwendung. Der obere Wert (t, = 3,5 msec.) entspricht der Einspritzzeit für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, wenn auf maximale Leistung geregelt würde. Dieser Wert wurde vorher experimentell ermittelt. Wird nun während der Fahrt einer dieser vier, in Fig. 15 beispielhaft eingezeichneten Teillastpunkte angefahren und soll außerdem das System neu kalibriert werden, so findet für die Dauer des Kalibrierungsvorganges eine Änderung der Einspritzmenge von in diesem Beispiel f, = 2,9 msec, auf f, = 3,5 msec, statt. Über die Regelung auf maximale Leistung wird erkannt, ob diese vorgewählte Einspritzmenge den Leistungsmaximum in diesem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine entspricht. Liegt eine Abweichung vor, die auf geänderte Lufttemperaturen bzw. -drücke gegenüber dem Normalzustand zurückzuführen ist, so wird ein Faktor ermittelt, der diesen Änderungen gerecht wird. Dieser Faktor wird entsprechend dem vorher beschriebenen Verfahren an die Kennfeldwerte r, für den Teillastbereich angebracht.

Um den Fahrer des mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges durch die erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine während des Kalibriervorganges nicht zu verunsichern, sollte sich die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine durch der. Kaübriervcrgang nicht ändern.

Hierzu kann zum einen in die Zündung eingegriffen werden, nämlich daß die durch die Regelung auf Leistungsmaximum zwangsläufig erzielte Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine gerade durch eine Rücknahme des Zündzeitpunktes kompensiert wird. Ist der Regeliaktor ermittelt, so kann wieder der normale Zündzeitpunkt zusammen mit den i>e,_mn-Kennfeldwerten unter Verwendung eines neuen Regelfaktors verwendet werden. b5

Zum anderen ist es auch möglich, die erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine während eines Kalibriervorganges dadurch zu verändern, daß der Regelfaktor nur an einem Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Hierfür sind jedoch getrennt ansteuerbare Einspritzventile Voraussetzung. Ein Teil der

Zylinder wird wie beschrieben auf eine Regelung auf Leistungsmaximum umgeschaltet, bei den restlichen Zylindern wird die Einspritzzeit jedoch soweit reduziert, daß die Gesamtleisung im Mittel konstant bleiben. Im vorliegenden Beispiel (&agr; - 7°, &eegr; = 1200) wird beispielsweise die Hälfte der Zylinder mit der Einspritzzeit i, = 3,6 msec, und die andere Hälfte der Zylinder mit r, = 2,3 msec, angesteuert Der ermittelte Regelfaktor läßt sich nun auf alle Zylinder anwenden. Es kann sich jedoch auch als zweckmäßig erweisen, das Verfahren mit den restlichen Zylindern zu wiederholen und dann einen über die Zylinder gemittelten Regelfaktor zu benutzen.

In Fig. 16 ist ein Ausführungsbeispiel für dieses Regel verfahren dargestellt, wobei die zu Fig. 14 identischen Blöcke mit gleichen Ziffern bezeichnet sind und auch nicht näher erläutert werden. Die Einspritzventile sind im vorliegenden Fall in zwei Gruppen 23 und 23' aufgeteilt. Dementsprechend sind auch zwei Multiplikationsstellen

&iacgr;&ogr; 81 und Si' für die den beiden Ventilgruppen 23 und 23' zugeführten Kennfeldwerte vorhanden. Diese Multiplikationsstellen 81 und 81' werden, wie schon beschrieben, über die Summationsstelle 80 entweder von dem Regler 30 oder dem Mittelwertbilder 82 angesteuert. Während des Kalibriervorganges wird beispielsweise die Ventilgruppe 23 mit den erhöhten Kennfeldwerten für Vollast und die Ventilgruppe 23' mit den verminderten Kennfeidwerten zur Auirechterhaltung einer insgesamt konstanten Leistung angesteuert. Sollten dennoch kleine Leistungsänderungen in Form von Drehzahländerungen auftreten, so kann ein Regelkreis 90, der auf Drehzahländerungen empfindlich ist, diese ausregeln. Dazu wird ein Schalter 54 geschlossen, so daß der

..Regelkreis 90 über den Schalter 54 und die Multiplikationsstelle 81' auf die Ventilgruppe 23' einwirkt. Ist der Kalibriervorgang beendet, so wird dieser Schalter 54 geöffnet und ein Schalter 53 geschlossen, so daß die Additionsstelle 80 mit den Multiplikationsstellen 81 und 81' leitend verbunden ist.

Die zweite Möglichkeit zur Konstanthaltung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine während eines Kalibriervorganges ist mittels einer an dem Kennfeld 20 angeschlossenen Zündungsanlage 91 angedeutet. In diesem Fall ist eine Aufteilung der Ventile der Brennkraftmaschine in Ventilgruppen nicht erforderlich, da die erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine durch eine Vergrößerung der Einspritzzeit während des Kalibriervorganges über eine Zurücknahme des ZUndzeitpunktes in der Zündanlage 91 realisiert wird. Hierzu kann dann im Kennfeld statt des verminderten Wertes für die Einspritzzeit ein Wert für die Zurücknahme des Zündwinkels der Brennkraftmaschine gespeichert werden.

Mit Hilfe der in Fig. 16 dargestellten Anordnung ist eine häufige Neukalibrierung des Regelfaktors für die Kennfeldwerte der Einspritzzeit im Teillastbereich möglich und damit auch ein verbessertes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere im Teillastbereich garantiert

Die Erfindung ist nicht auf SCraftstoffzumeßsysteme beschränkt, bei denen eine intermittierende Einspritzung, also eine Zumessung über die Öffnungszeitdauer der Einspritzventile durchgeführt wird. Sie läßt sich in ebenso vorteilhafter Weise auch auf elektronisch gesteuerte Einspritzsysteme mit einer kontinuierlichen Einspritzung, wie sie beispielsweise in K- bzw. KE-Jetronic-Systemen realisiert ist, anwenden. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt über einen Mengenteiler und die entsprechenden Einspritzventile. Der Steuerkolben des Mengenteilers wird durch an sich bekannte elektrohydraulische Druckstellen verstellt Dabei erfolgt die Ansteuerung des Druckherstellers durch ein elektronisches Steuergerät, dessen Hauptsteuergrößen durch Drehzahl- und Lastinformationen (Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck, Drosselklappenstellung) gegeben werden. Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei die Verwendung einer groben, aber sehr einfachen Vorsteuerung z. B. einer Drosselklappenwinkel-Drehzahl-Vorsteuerung mittels eines Kennfeldes mit einer Feinanpassung durch eine überlagerte Regelung. Es versteht sich, daß die Absolutwerte der Kennfeldgrößen bei einer kontinuierlichen Einspritzung sich von denen bei intermittierender Einspritzung unterscheiden müssen, da entweder die Einspritzmengen pro Hub oder pro Zeiteinheit zugrundegelegt sind. Weiterhin müssen von dem Steuergerät folgende die Gemischzumessung beeinflussende Funktionen erfüllt werden: Bescnieunigungsanreicherung, Voüastanreicherung, Teillastabmagerung, Lambda-Regelung, Höhenkorrekturabmagerung. Als der Vorsteuerung überlagerte Regelungen kommen grundsätzlich die schon beschriebenen Regelverfahren, beispielsweise Lambda-Regelungen oder Extremwertregelungsn zur Regelung auf beispielsweise das Verbrauchsminimum, die maximale Leistung oder auch die Laufruhe in Frage.

Weiterhin läßt sich der Gegenstand der Erfindung auch auf selbstzündende Brennkraftmaschinen anwenden Als Kennfeldeingangsgröße können dann beispielsweise die Drehzahl und anstelle der Drosselklappenstellung

so die Fahrpedalstellung herangezogen werden. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich durch der Fachmann auf dem Gebiet der Gemischzumessung für Brennkraftmaschinen ohne weiteres auf selbstzündende Brennkraftmaschinen übertragen.

Hierzu 16 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischzumessung für eine Brennkraftmaschine mit einem von Betriebsgrößen (z. B. &agr;, &pgr;) der Brennkraftmaschine gebildeten Kennfeld zur Vorsteuerung von das Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflussenden Maschinenvariablen (z. B. f, und einer auf zumindestens eine Betriebsgröße reagierenden Regeleinrichtung zur korrigierenden Beeinflussung der Kennfeldwerte, bei der die im Kennfeld abgespeicherten Kennfeldwerte in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine angewählt und zur korrigierenden Beeinflussung nach einem Extremwert-Regelverfahren gegebenenfalls geändert werden, mit einem Testsignalgenerator zur Erzeugung von Testsignalen zur Variation des Lambda-Wertes

&iacgr;&ogr; des der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Testsignale

des Testsignalgenerators (26) eine einstellbare, insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine variierbare Frequenz bzw. Impulsfolgefrequenz aufweisen und daß zur Analyse der Reaktion der Brennkraftmaschine auf die Testsignale ein digitales Filter (28) Verwendung findet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des digitalen Filters is (28) konstant ist.

J. Einrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des digitalen Filters (28) in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine änderbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des digitalen Filters (28) in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Ausgangssignals des digitalen Filters (28) zur korrigierenden Beeinflussung der Kennfeldwerte herangezogen wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenbeziehung zwischen den Testsignalen und den Ausgangssignalen des. digitalen Filters (28) zur korrigierenden Beeinflussung der Kennfeldwerte herangezogen wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasensollwert der Phasenbeziehung zwischen den Testsignalen und den Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter (28) als Bandpass ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße zur Analyse der Reaktion der Brennkraftmaschine auf Testsignale die Drehzahl der Brennkraftmaschine herangezogen wird.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz bzw. Impulsfolgefrequenz der Testsignale in Abhängigkeit vom jeweiligen Extremwert-Regelverfahren unterschiedliche Werte annimmt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz bzw. Impulsfolgefrequenz der Testsignale für eine Regelung auf maximale Leistung höhere Werte annimmt als für eine Regelung auf minimalen Kraftstoffverbrauch.