DE3405916A1

DE3405916A1 - Gemischzumesssystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3405916A1
Application number: DE19843405916
Authority: DE
Inventors: Günter 7141 Freiberg Braun; Werner Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Jundt; Norbert Dipl.-Ing. 7101 Abstatt Miller; Jürgen 7140 Ludwigsburg Näger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-02-18
Filing date: 1984-02-18
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE3477502D1; EP0153493A2; ATE41813T1; EP0153493B1; US4689746A; JPS60190628A; EP0153493A3

Description

8.2.198U Vb/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Gemischsumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer digitalen Recheneinheit nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Gemischzumeßsystem ist beispielsweise in der DE-OS 31 2U 6j6 (US-SN 38 63 076) offenbart. Obwohl das bekannte System in der Praxis zufriedenstellend arbeitet, hat es sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der hohen Anforderungen an die Schadstoffreiheit des Abgases weitere Verbesserungen möglich und erforderlich sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindung3gemäße Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer digitalen Recheneinheit mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht es dagegen, unabhängig vom Zeitpunkt der Änderung der Ausgangsgröße eines Signalerzeugungsmittels in Relation zur zeitgetakteten, verzögerten Signalverarbeitung dieses Ausgangssignals der Brenn-

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kraftmaschine ein optimales Gemisch zur Verfugung zu stellen. Insbesondere durch eine Korrektur des Einflusses einer verzögerten Weitergabe der Änderung der Ausgangsgröße der Sonde kann für eine geringe Schadstoffkonzentration im Abgas gesorgt werden. Es erweist sich als vorteilhaft, die Gemischzumessung in Abhängigkeit von zumindest der Verzögerungszeit und/oder des Zeittaktes der digitalen Recheneinheit korrigierend zu beeinflussen.

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

Zeichnung

Es zeigen Figur 1 eine grobe Übersicht über ein Gemischzumeßsystem mit einem Mikrocomputer, Figur 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Gemischzumeßsystems und Figur ein Zeitdigramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Gemischzumeßsystems in der Figur 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

f* Die folgenden Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Kraft stoffeinspritzanlage beschrieben. Das Gemischzumeßsystem in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Korrekturfunktion ist jedoch unabhängig von der Methode der Gemischzumessung, so daß die Erfindung z.B. auch in Verbindung mit Vergaseranlagen einsetzbar ist. Auch die Darstellung des erfindungsgemäßen Gemischsumeßsystems anhand eines Blockschaltbildes (Figur 2) begrenzt eine praktische Ausführungsform nicht auf eine einzige Möglichkeit der Realisierung. Die Realisierung mittels eines frei programmierbaren Rechners ist deshalb problemlos , weil die Erfindung als solche klar erkennbar

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ist und somit für einen Fachmann auf dem Gebiet der elektronischen Gemischzumeßsysteme keinerlei Probleme liefert.

Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine Übersicht über ein rechnergesteuertes System mit den wesentlichsten Komponenten. Mit 11 ist ein Rechenwerk bezeichnet, das über einen Daten-Steuer- und Adressbus 12 mit einem Speicher 13 sowie mit einer Ein-Ausgabe-Einheit 1k gekoppelt ist. Diese Einheit 1U erhält neben einem Signal von einem Signalerzeugungsmittel, insbesondere einer Sonde 15, insbesondere einer Lambda-Sonde, verschiedene Eingangsgrößen I_v zugeführt und gibt verschiedene Ausgangsgrößen Q_v

iS. K.

ab, beispielsweise eine Einspritzzeitdauer für die zuzumessende Kraftstoffmenge oder ein Signal für den Steller in einem Luftbypass einer Vergaseranlage.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild dargestellt. Die mit 15 bezeichnete Sonde, im vorliegenden Beispiel als Abgassonde ausgebildet, liefert eine Ausgangsgröße Ui _ an eine Sondensignalauswerteeinheit 21, die ihrerseits über eine Zeitstufe 22 mit einer vorzugsweise als PI-Regler ausgebildeten Regeleinrichtung 23 verbunden ist. Weiterhin sind die Sondensignalauswerteeinheit 21 sowie die Regeleinrichtung 23 mit einer Korrekturstufe 2k, an die eine Ausgabeeinheit 25 angeschlossen ist, verbunden. Der Ausgabeeinheit 25 sowie der Sondensignalauswerteeinheit 21 werden insbesondere unterschiedliche Zeittakte einer Zeittakteinheit 26 zugeführt. Daneben liegt an der Sondensignalauswerteeinheit 21 eine Sollwertinformation Uv„ an, die eine Sollwert information für das der Brennkraftmaschine zuzumessende Luft-Kraft-" Verhältnis darstellt. Einer Gemischbildungseinheit 27, werden die Signale F_n der Ausgabeeinheit 25 sowie einer Vor-Steuerungseinheit 28 zugeführt, wobei die Vorsteuerungseinheit 28 Eingangsgrößen über Betriebsparameter der Brenn-

kraftmaschine wie die Drehzahl, Last oder Temperatur und ähnliches verarbeitet. Die Gemischbildungseinheit 27 beeinflußt eine Brennkraftmaschine 29, wobei das von der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas 30 die Abgassonde 15 umspült und deren Ausgangsgröße Ut beeinflußt, so daß der Regelkreis für die Gemischbildung geschlossen ist. Es versteht sich, daß die Funktion der Komponenten Sondensignalauswerteeinheit 21, Zeitstufe 22, Regeleinheit 23 sowie Korrekturstufe 2h und Ausgabeeinheit 25 ebenso mit Hilfe eines entsprechend programmierten, in der Figur 2 gestrichelt angedeuteten Mikrocomputer 31 realisiert werden können Auch die Vorsteuerung mittels der Vorsteuerungseinheit 28 sowie die Zeittakteinheit 26 kann im Mikrocomputer 31 integriert sein.

Bis auf die Blöcke Zeittakteinheit 26 sowie Korrekturstufe 2k und Ausgabeeinheit 25 ist diese Anordnung hinreichend bekannt, so daß ihre Funktionsweise nicht näher erläutert werden muß. Wichtig für den Kern der Erfindung ist nun die Tatsache, daß aufgrund der digitalen, zeitgetakteten Datenverarbeitung Verzögerungszeiten in der Weitergabe der Änderung der vorzugsweise analogen Ausgangsgröße U«_T an die Gemischbildungseinheit 27 zur überlagerten Beeinflussung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auftreten. Zur Erläuterung der hiermit verbundenen Problematik dienen die in Figur 3 dargestellten Zeitdiagramme, wobei in Figur 3a das vorzugsweise analoge Ausgangssignal U»_T der Sonde 15 für den Sonderfall dargestellt ist, daß die Sonde 15 als (Lambda = 1) -Sonde ausgebildet ist. Dabei entspricht ein niedriger Ausgangssignalpegel einem mageren und ein hoher Ausgangssignalpegel einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch. Diese Abgassonden-Ausgangsgröße wird in der Sondensignalauswerteeinheit 21 mit dem Sollwert Ui„ verglichen und mit

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einer Zählfrequenz, deren Periodendauer mit T. gekennzeichnet ist, abgetastet. Das entsprechende Ausgangssignal U_ der Sondensignalauswerteeinheit 21 ist in der Figur 3b aufgetragen. Dieses Signal gelangt eventuell um eine gewünschte Zeit verzögert zum einen direkt auf die Korrekturstufe 2h und zum anderen über die Zeitstufe 22, die im wesentlichen zu einer Verschiebung des mittleren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dient, zur Regeleinheit 23.

Das Ausgartasignal U der Regeleinrichtung 23, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel für einen konstanten Ausgangspegel der Abgassonde 15 integrales Verhalten und beim Wechsel des Ausgangspegels proportionales Verhalten aufweist, ist in Figur 3c aufgetragen.

Es gilt nun als Stand der Technik, daß die Ausgangssignale der Regeleinrichtung 23 über die Ausgabeeinheit 25 die Gemischbildungseinheit 27 beispielsweise multiplikativ mit einem Faktor F_R beeinflussen. Da aus verschiedenen programmtechnischen Gründen die Zeitdauer T_? zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgaben der Ausgabeeinheit 25 im allgemeinen unterschiedliche Werte im Vergleich zur Abtastrate T , nämlich insbesondere größere Werte annimmt, können, wie in Figur 3d und e dargestellt, Zeitverzcgerungen zwischen dem tatsächlichen Schaltvorgang der Sonde und der Weitergabe dieses Schaltvorganges durch die Ausgabeeinheit 25 auftreten. Hieraus können mehr oder minder kurzzeitige Mittelwertschiebungen des Ausgabesignals F_R resultieren, so daß unter Umständen eine erhebliche Abweichung vom für eine eventuelle katalytische Abgasnachbehandlung erforderlichen Luftverhältnis auftritt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile und einer daraus resultierenden hohen Schadstoffkonzentration, die auch nicht durch einen Katalysator zu reduzieren ist, ist es erforderlich,

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die aufgrund dieser verzögerten Ausgabe der Größe F_ entstandene Abweichung möglichst rasch durch einen Eingriff zu korrigieren. Hierzu ist die Korrekturstufe 2U erforderlich, deren Funktionsweise im folgenden näher erläutert wird.

In Figur 3d ist die von der Korrekturstufe 2U über die Ausgabeeinheit 25 im Zeittakt T₀ ausgegebene Größe F₀ aufgetragen. Die aufgrund der unterschiedlichen Verarbeitungszeiten im Mikrocomputer auftretende Verzögerungszeit in der Weitergabe der Änderung der Ausgangsgröße der Abgassonde 15 ist mit t_v gekennzeichnet. Der Signalverlauf, der ohne Einwirken der Ausgabeeinheit 25 und der Korrekturstufe 2h auftreten würde, ist gestrichelt gekennzeichnet. Aus dieser Figur ist zu entnehmen, daß aufgrund der verzögerten Ausgabe eine Mittelwertverschiebung des Ausgabesignals F_R auftritt, da sich das Flächenverhältnis für Flächen oberhalb und unterhalb der gestrichelten, bei F = 1 eingetragenen Linie ändert. Dies führt zumindestens kurzzeitig zu einer Änderung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Zur Vermeidung dieser Mittelwertverschiebung werden nun zwei Möglichkeiten vorgeschlagen. In beiden Fällen wird die Verzögerungszeit, die sich aus der Differenz zwischen der Änderung der Ausgangsgröße der Abgassonde und der tatsächlichen Ausgabe (siehe Figur 3b in Verbindung mit 3d) ergibt, in Relation zur Taktzeit T_ gesetzt. Zur Bestimmung eines Korrekturwertes nach der ersten Methode ist eine Multiplikation dieses Wertes mit der Größe AAusgang, die sich, natürlich geeignet normiert, aus der Differenz der neuen Ausgangsgröße und der alten Ausgangsgröße beispielsweise der Sondensignalauswerteeinheit 21 ergibt, vorgesehen. Im vorliegenden Spezialfall ergibt sich das Verhältnis von Verzögerungszeit zur Taktzeit T₀ :u etwa 0,75 und der Wert AAusgang aus Figur 2b zu (-1), so daß

sich der Korrekturwert auf (-0,75) willkürliche Einheiten (bezogen auf die Skala der Figur 3c) beläuft. Beim nächsten Schaltvorgang der Sonde liegen die gleichen Verhältnisse, allerdings mit umgekehrten Vorzeichen für Ausgang vor, so daß sich hier ein Korrekturwert von (+0,75) willkürlichen Einheiten ergibt. Der Korrekturwert wird somit nach der Rechenvorschrift:

Korrekturwert = (Verzögerungszeit t^/Taktzeit T₂)*dAusgang

mit aAusgang = neue Ausgangsgröße - alte Ausggangsgröße berechnet. Um diesen Korrekturwert wird die jeweilige Ausgangsgröße F_ modifiziert (siehe Ablaufplan Seite 8), wobei möglicherweise notwendige Normierungsfaktoren für Δ. Ausgang nicht berücksichtigt wurden. Eine Normierung ist im allgemeinen dazu notwendig, die Ausgangsgröße Λ Ausgang in Einheiten der Ausgabegröße F„ umzurechnen.

Die zweite Methode geht von dem Konzept aus, eine Änderung des Ausgangssignals jeweils mit einer Verzugszeit von mindestens einem Zeittakt T_? abzuarbeiten. Während dieser Verzugszeit, die durchaus auch mehrere, beispielsweise η Taktzeiten Tp umfassen kann, wird unter Vernachlässigung von Normierungsfaktoren eine, nach der Formel:

neue Ausgabegröße = alte Ausgabegröße + (Verzögerungszeit t„/ Taktzeit T-) * AAusgang

mit ^. Ausgang = neue Ausggangsgröße - alte Ausggangsgröße berechnete Große als Ausgabegröße F_ ausgegeben (siehe Ablaufplan Seite 9). Der zeitliche Verlauf der Ausgabegröße F_n ergibt sich in entsprechender Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel (Figur 3d) und ist in Figur 3e aufgetragen.

f 19 2 2 8

Obwohl das Ausführungsbeispiel aus Gründen der Anschaulichkeit blockschaltbildmäßig dargestellt wurde, ist auch an eine Realisierung mittels eines entsprechend programmierten Mikrocomputer gedacht. Zur Erläuterung der entsprechenden Programmstruktur sind im folgenden zwei Ablaufpläne, entsprechend den beiden Methoden zur Ermittlung des Korrekturwertes, dargestellt. Diese Ablaufpläne sprechen für sich selbst, so daß neben den obigen Ausführungen keine weiteren Erläuterungen notwendig sind.

Ai - L e e r s e i t e

-Al-

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Ablauf plan zu Methode

Do-Loop im Zeittakt T₀

Do-Loop im Zeittakt T,

ja\(Xnderung der Ausgabegröfie?)/nein

• ,

¹ Erfassung der Verzögerung3- j „.

zeit' bis zur Ausgabe '

( Korrektur erforderlich?) Berechnung des Kbrrekturwertes:

Ausgang)

Kbrrekturwert =
(Verzägerungszeit-fcy. N .

Taktzeit T₃
N s Nonnierungsfaktor

/nein

Ausgabegröfte

Ausgabegröfie (F(n)) = Ausgabegröße (F(n))+ Kbrrekturwert

Ausübe der neuen Ausgabegröße (F(n))

-AH-

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Ablaufplan zu Methode 2

Do-Loop im Zeittakt T	Ausgabegröße \
	(F(n)) j
Do-Loop im Zeittakt T₁ J	J I I
• ja/ (Änderung der Ausgabegröße?) /nein '
■ Erfassung der Verzögerungs- j ^ j ' zeit bis zur Ausgabe ' J ' S ι
ja/ (Korrektur erforderlich?) ₍ /nein j
Berechnung des Kömekturwertes: Korrekturwert = VerzÖgerungszeittfc. .N. ^ Ausgang
Taktzeit T₃
Ausgabegröße (F(n)) = Ausgabegröße (F(rwn)) + Kbrrekturwert ^{m =} 1» 2, 3» · · ·
Ausgabe der neuen Ausgabegröße (F(n))

- 3

19 2 2

Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden anhand eines Lambda-geregelten Gemischzumeßsysteras für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Das Wesen der Erfindung ist jedoch nicht auf insbesondere ein Lambda-geregeltes GemischzumeSsystem eingeschränkt. Die Erfindung kann immer dann Anwendung finden, wenn das integrale Verhalten der Ausgangssignale eines Sensors oder einer Sonde oder allgemein eines Signalerzeugungsmittels, insbesondere für die Gemischzumessung eine Rolle spielt und aufgrund der zeitgetakteten, verzögerten Signalverarbeitung dieser Signale eine Zeitverzögerung entsteht. Als weitere Regelverfahren für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine, bei denen die Erfindung einsetzbar ist, können beispielsweise die Leerlauffüllungsregelung, Regelung der Abgasrückführung, Klopfregelung, Extremwertregelung und ähnliches genannt werden.

Claims

_B. 19228 ^340591δ

8.2.198U Vb/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer digitalen Recheneinheit, inbesondere einem Mikrocomputer, deren Signalverarbeitungsablauf an Zeittakte gebunden ist und mit einem, insbesondere analoge Ausgangssignaleausgebenden, auf Betriebsparameter der Brennkraftmaschine empfindlichen Signalerzeugungsmittel, insbesondere einer auf die Luftzahl,Lambda empfindlichen Abgassonde, die in einem Regelkreis zur Beeinflussung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingesetzt wird und insbesondere ihre Ausgangsgröße bei der Luftzahl Lambda = 1 ändert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrekturfunktion {2k) vorgesehen ist, die den Einfluß einer mit der zeitgetakteten Signalverarbeitung verbundenen Verzögerungsseit (t„) in der Weitergabe der Änderung der Ausgangsgröße des Signalerzeugungsmittels auf die Gemischbildung korrigiert.

2. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfunktion (2U) einen Korrekturwert in Abhängigkeit von zumindest der erfaßten Verzögerungszeit (t„) ermittelt.

3. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfunktion (2U) einen Korrekturwert in Abhängigkeit von einer Taktzeit (T₅) der digitalen Recheneinheit ermittelt.

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U. Gemischzumeßsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfunktion (2U) einen Korrekturwert in Abhängigkeit von der Änderung der Ausgangsgröße (ΔAusgang) des Signalerzeugungsmittels ermittelt.

5. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfunktion (2*0 entsprechend der Rechenvorschrift:

Korrekturwert = (Verzcgerungszeit t„/Taktzeit T_? ) · £Ausgang«N mitiOAusgang = n-te Ausgangsgröße - (n-1)-te Ausgangsgröße

N = Normierungsfaktor

einen Korrekturwert ermittelt.

6. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Änderung der Ausgangsgröße zur Ermittlung einer Ausgabegröße (F₁,) zeitlich um zumindestens eine Taktzeit (T_?) zurückliegende Ausgabegrößen (F„) von der Kcrrekturfunktion (2U) verarbeitet werden.

7. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenzeichnet , daß die Korrekturfunktion (2U) während dieses Zeitraums von zumindestens einer Taktseit (T_?) eine um den Korrekturwert geänderte Ausgabegröße (F_n) ermittelt.

8. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabegröße (F_R) für die Gemischbildung gemäß der Rechenvorrschrift:

n-te Ausgabegröße = (n-m)-te Ausgangsgröße + Korrekturwert mit m = 1, 2, 3, ...

gebildet wird.

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9. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Änderung der Ausgangsgröße des Signalerzeugungsmittels zur Ermittlung einer Ausgabegröße (F_R) eine zeitlich um weniger als eine Taktzeit (T_?) zurückliegende Ausgabegröße (F_R) von der Korrekturfunktion (2U) verarbeitet wird.

10. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabegröße (F₀) für die Gemisch-

bildung gemäß der Rechenvorschrift:

n-te Ausgabegröße = n-te Ausgabegröße + Korrekturwert

gebildet wird.

11. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabegröße (F₁₃) nur bei einer Änderung der Ausgangsgröße des Signalerzeugungsmittels um einen Korrekturwert korrigiert wird.