DE3524971C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Brennstoffzumessung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der JP-OS 57-1 22 135 ist es bekannt, daß man den einzuspritzenden Brennstoff in Übereinstimmung mit Motorbetriebsdaten, z. B. der Luftströmungsmenge, der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmen kann. Die Menge des Brennstoffs wird durch einen Impuls bestimmt, dessen Breite wiederum die Brennstoffeinspritzzeit festlegt. Eine Grundeinspritzimpulsbreite (Tp) kann durch folgende Formel erhalten werden:

Tp =K × Q/N (1)

hierin bedeutet Q die durch einen bekannten Querschnitt strömende Luftmenge, N die Motordrehzahl und K eine Konstante.

Die gewünschte Einspritzimpulsbreite (Ti) wird durch Korrigieren der Grundeinspritzimpulsbreite (Tp) aufgrund von Betriebsvariablen der Brennkraftmaschine erhalten. Ein Berechnungsbeispiel zum Korrigieren der Einspritzimpulsbreite wird mit folgender Formel angegeben:

Ti =Tp × (COEF) α × Ka (2)

hierin stellt COEF einen Koeffizienten dar, der durch Addieren verschiedener Korrektur- oder Kompensationskoeffizienten erhalten wird, z. B. durch die Kühlmitteltemperatur, die volle Drosselklappenöffnung, die Motorlast usw. α ist ein λ-Korrekturkoeffizient (das Integral über das Ausgangssignal eines im Abgaskanal vorgesehenen O₂-Fühlers) und Ka ein Lernregelkoeffizient. Die Koeffizienten wie der Kühlmittelkoeffizient und die Motorlast werden aus Nachschlagetabellen, die in einem Computer gespeichert sind, in Übereinstimmung mit Motorbetriebssdaten erhalten. Der Wert des Lernregelkoeffizienten Ka wird aus einer Ka-Tabelle in Übereinstimmung mit der Motorlast erhalten. Alle in der Ka-Tabelle gespeicherten Koeffizienten Ka werden werkseitig auf denselben Wert eingestellt und zwar auf die Zahl "1". Bei einem Durchschnittsfahrzeug führt dieser Wert zu einer optimalen Brennstoffversorgung. Da jedoch nicht alle Maschinen mit exakt gleichen Daten gefertigt werden können, ergeben sich Abweichungen bei der einzelnen Maschine gegenüber den Optimalwerten, so daß man den Koeffizienten Ka durch einen Lernvorgang während des Betriebs der Brennkraftmaschine aktualisiert.

Aus der DE-OS 28 45 043 ist es bekannt, daß man eine Vielzahl von voreingespeicherten Werten zur Berechnung der Brennstoffzumessung verwenden kann. Eine Korrektur der gespeicherten Werte erfolgt hier nicht.

Aus der DE-OS 32 29 736 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Verfahren wird jedoch der Optimalwert relativ langsam, in vielen Schritten erreicht. Darüber hinaus verbleibt eine relativ große unvermeidbare Regelabweichung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit wenigen Programmschritten eine schnelle Annäherung an den Optimalwert bei geringer unvermeidbarer Regelabweichung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Unterschied bei der Aktualisierung in bezug auf die Frage gemacht wird, ob zum ersten Mal oder nicht zum ersten Mal beim vorliegenden Betriebszustand aktualisiert wird. Dadurch ist eine schnelle Annäherung bei der Feststellung "es wurde zum ersten Mal aktualisiert" möglich, andererseits aber eine sehr genaue Anpassung an den Optimalwert dann, wenn der "Grob-Schritt" bereits durchgeführt wurde.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Mikrocomputersystems, das bei der Anordnung verwendet wird,

Fig. 3a eine Darstellung einer Matrix zum Bestimmen des stetigen Zustands des Motorbetriebs,

Fig. 3b eine Darstellung einer Tabelle für Lernregelkoeffizienten,

Fig. 4a eine Darstellung der Ausgangsspannung eines O₂-Fühlers,

Fig. 4b eine Darstellung der Ausgangsspannung eines Integrators,

Fig. 5 eine Darstellung einer linearen Interpolation zum Lesen der Tabelle der Fig. 3b,

Fig. 6a und b graphische Darstellungen der Änderungen der Lernregelkoeffizienten in einer bekannten Anordnung und einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7a und b Flußdiagramme, die den Betrieb bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm des Betriebs einer anderen Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 wird eine Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug mit Luft über ein Luftfilter 2, ein Ansaugrohr 2 a und eine Drosselklappe 5 in einem Drosselkörper 3 versorgt, wobei die Luft mit von einer Einspritzeinrichtung 4 eingespritztem Brennstoff gemischt wird. Ein Dreiwegkatalysator 6 und ein O₂-Fühler 16 sind in einem Auspuffkanal 2 b vorgesehen. Ein Abgasrückführventil (EGR) 7 ist in einem EGR-Kanal 8 vorgesehen.

Brennstoff in einem Brennstofftank 9 wird der Einspritzeinrichtung 4 durch eine Brennstoffpumpe 10 über ein Filter 13 und einen Druckregler 11 zugeführt. Ein Elektromagnetventil 14 ist in einem Bypass 12 um die Drosselklappe 5 vorgesehen, um die Motordrehzahl im Leerlaufbetrieb zu regeln. Ein Luftmengenströmungsmesser 17 ist an dem Ansaugrohr 2 a vorgesehen und ein Drosselstellungsfühler 18 ist an dem Drosselkörper 3 vorgesehen. Ein Kühlungsmitteltemperaturfühler 19 ist an dem Motor angebracht. Ausgangssignale des Strömungsmessers 17 und der Fühler 18 und 19 werden einem Mikrocomputer 15 zugeführt. Der Mikrocomputer 15 wird auch mit einem Kurbelwinkelsignal von einem Kurbelwinkelfühler 21, der an einem Verteiler 20 angebracht ist, und einem Startersignal von einem Starterschalter 23, der arbeitet, um den elektrischen Strom von einer Batterie 24 ein- und auszuschalten, gespeist. Die Anordnung ist des weiteren mit einem Einspritzrelais 25 und einem Brennstoffpumpenrelais 26 zum Betätigen der Einspritzeinrichtung 4 und der Brennstoffpumpe 10 versehen.

Gemäß Fig. 2 enthält der Mikrocomputer 15 eine Mikroprozessoreinheit 27, ein ROM 29, ein RAM 30, ein RAM 31 mit Sicherstellung, einen A/D-Umsetzer 32 und ein I/O-Interface 33. Ausgangssignale des O₂-Fühlers 16, des Luftmengenströmungsmessers 17 und des Drosselstellungsfühlers 18 werden in digitale Signale umgesetzt und der Mikroprozessoreinheit 27 über eine Sammelschiene 28 zugeführt. Weitere Signale werden der Mikroprozessoreinheit 27 über das I/O-Interface 33 zugeführt. Der Mikroprozessor manipuliert die Eingangssignale und führt daraufhin die beschriebene Verarbeitung aus.

Bei der Anordnung werden die in einer Ka-Tabelle gespeicherten Lernregelkoeffizienten Ka mit Daten aktualisiert, die während des stetigen Zustands des Motorbetriebs berechnet werden. Deshalb ist die Bestimmung des stetigen Zustands notwendig. In der Anordnung wird der stetige Zustand durch Bereiche der Motorlast und der Motordrehzahl und der Dauer des festgestellten Zustands bestimmt. Fig. 3a zeigt eine Matrix für die Bestimmung, die beispielsweise sechzehn Unterteilungen aufweist, die durch fünf Reihen und fünf Spalten bestimmt sind. Die Größen der Motorlast werden an fünf Punkten L 0 bis L 4 auf der X-Achse und die Größen der Motordrehzahl werden an fünf Punkten N 0 bis N 4 auf der Y-Achse festgesetzt. Die Motorlast ist somit in vier Bereiche aufgeteilt, nämlich L 0-L 1, L 1-L 2, L 3-L 4. In gleicher Weise ist die Motordrehzahl in vier Bereiche aufgeteilt.

Es ändert sich die Ausgangsspannung des O₂-Fühlers 16 zyklisch um eine Bezugsspannung entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis, siehe Fig. 4a. Die Spannung ändert sich nämlich zwischen hohen und niedrigen Werten entsprechend fettem und magerem Luft-Brennstoff-Gemisch. Wenn in der Anordnung die Ausgangsspannung (Rückkopplungssignal) des O₂-Fühlers während dreier Zyklen innerhalb einer der sechzehn Felder in der Matrix andauert, wird angenommen, daß sich der Motor im stetigen Zustand befindet.

Fig. 3b zeigt eine Ka-Tabelle zum Speichern der Lernregelkoeffizienten Ka, die im RAM 31 der Fig. 2 enthalten ist. Die Ka-Tabelle hat Adressen k 1, a 2, a 3 und a 4, die den Motorlastbereichen L 0-L 1, L 1-L 2, L 2-L 3 und L 3-L 4 entsprechen. Wie vorstehend angegeben, ist jeder in der Tabelle gespeicherte Wert vor dem Fahren des Motorfahrzeugs "1".

Nachfolgend wird die Berechung der Einspritzimpulsbreite (Ti in Formel 2) beim Starten des Motors erläutert. Da die Temperatur des Körpers des O₂-Fühlers 16 niedrig ist, ist die Ausgangsspannung des O₂-Fühlers sehr niedrig. In diesem Zustand ist die Anordnung in der Lage, "1" als Wert des Korrekturkoeffizienten α vorzusehen. Der Computer berechnet somit die Einspritzimpulse (Ti) aus der Luftmengenströmung (Q), der Motordrehzahl (N), (COEFF), α und Ka. Wenn der Motor warmgelaufen ist und der O₂-Fühler aktiv ist, wird das Integral über die Ausgangsspannung des O₂-Fühlers zu einer vorbestimmten Zeit als Wert von α gebildet. Insbesondere hat der Computer die Funktion eines Integrators, so daß die Ausgangsspannung des O₂-Fühlers integriert wird. Fig. 4b zeigt die Ausgangsspannung des Integrators. Die Anordnung ergibt Werte der Integration bei vorbestimmten Intervallen (40 ms). Gemäß Fig. 4b sind beispielsweise Integrale I 1, I 2 . . . bei Zeiten T 1, T 2 . . . vorgesehen. Die Brennstoffmenge wird demgemäß in Übereinstimmung mit dem Rückkopplungssignal von dem O₂-Fühler geregelt, was durch ein Integralsignal dargestellt ist.

Nachfolgend wird die Lernoperation erläutert. Wenn der stetige Zustand des Motorbetriebs festgestellt wird, wird die Ka-Tabelle mit einem Wert relativ zu dem Rückkopplungssignal von dem O₂-Fühler aktualisiert. Das erste Aktualisieren wird mit einem arithmetischen Durchschnitt (A) eines Maximalwerts und eines Minimalwerts in einem Zyklus der Integration, beispielsweise Werten von I _max und I _min in Fig. 4b, ausgeführt. Wenn der Wert von α nicht 1 ist, wird daraufhin die Ka-Tabelle mit einem Minimalwert (Δ A), der in dem Computer erhalten werden kann, inkremiert oder dekremiert. Ein Bit wird nämlich zu einem BCD-Kode, der den Wert A des Koeffizienten Ka darstellt, der beim ersten Lernen eingeschrieben worden ist, addiert oder von diesem subtrahiert.

Die Arbeitsweise der Anordnung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Das Lernprogramm wird bei in vorbestimmten Intervallen (40 ms) gestartet. Beim ersten Betrieb des Motors und beim ersten Fahren des Motorfahrzeugs wird die Motordrehzahl im Schritt 101 festgestellt. Wenn die Motordrehzahl innerhalb des Bereichs zwischen N 0 und N 4 liegt, schreitet das Programm zum Schritt 102 fort. Wenn die Motordrehzahl außerhalb des Bereichs liegt, gibt das Programm die Routine beim Schritt 122 aus. Im Schritt 102 wird die Stellung der Reihe der Matrix der Fig. 3a, in der die festgestellte Motordrehzahl enthalten ist, festgestellt und die Stellung wird im RAM 30 gespeichert. Danach rückt das Programm zum Schritt 103 vor, bei dem die Motorlast festgestellt wird. Wenn die Motorlast innerhalb des Bereichs zwischen L 0 und L 4 liegt, geht das Programm weiter zum Schritt 104. Wenn die Motorlast außerhalb des Bereichs liegt, gibt das Programm die Routine aus. Danach wird die Stelle der Spalte entsprechend der festgestellten Motorlast in der Matrix festgestellt und die Stelle wird in dem RAM gespeichert. Die Stelle des Felds entsprechend dem Motorbetriebszustand, der durch die Motordrehzahl und die Motorlast dargestellt wird, wird in der Matrix bestimmt, beispielsweise wird das Feld D 1 in Fig. 3a bestimmt. Das Programm geht weiter zum Schritt 105, wo die festgestellte Stellung des Felds mit dem Feld verglichen wird, das beim letzten Lernen festgestellt worden ist. Da jedoch das Lernen zum ersten Mal stattfindet, kann der Vergleich nicht ausgeführt werden und daraufhin wird das Programm beendet, indem es über die Schritte 107 und 111 läuft. Beim Schritt 107 wird die Stelle des Felds in einem RAM gespeichert.

Beim Lernen nach dem ersten Lernen wird die festgestellte Stelle mit der zuletzt gespeicherten Stelle des Felds im Schritt 105 verglichen. Wenn die Stelle des Felds in der Matrix dieselbe wie beim letzten Lernen ist, geht das Programm zum Schritt 106 weiter, wo die Ausgangsspannung des O₂-Fühlers 16 festgestellt wird. Wenn die Spannung von fett zu mager wechselt und umgekehrt, geht das Programm zum Schritt 108, und wenn nicht, wird das Programm beendet. Im Schritt 108 wird die Zahl der Zyklen der Ausgangsspannung durch einen Zähler gezählt. Wenn der Zähler bis drei zählt, geht das Programm zum Schritt 110 vom Schritt 109 weiter. Wenn die Zählung nicht drei erreicht, wird das Programm beendet. Im Schritt 110 wird der Zähler gelöscht und das Programm geht weiter zum Schritt 112.

Wenn andererseits die Stelle des Felds nicht dieselbe wie beim letzten Lernen ist, geht das Programm weiter zum Schritt 107, in dem die alten Daten der Stelle durch die neuen Daten ersetzt werden. Im Schritt 111 wird der Zähler, der im Schritt 108 beim letzten Lernen betätigt worden ist, gelöscht.

Im Schritt 112 wird der arithmetische Durchschnitt A des Maximal- und Minimalwerts des Integrals der Ausgangsspannung des O₂-Fühlers beim dritten Zyklus der Ausgangswellenform berechnet und der Wert A wird in einem RAM gespeichert. Daraufhin geht das Programm zum Schritt 113 weiter, in dem die Adresse entsprechend der Stelle des Felds festgestellt wird, beispielsweise die Adresse a 2 entsprechend dem Feld D 1, und die Adresse in einem RAM gespeichert wird, um ein Kennzeichen zu setzen. Im Schritt 114 wird die gespeicherte Adresse mit der letzten gespeicherten Adresse verglichen. Da vor dem gegenwärtigen Lernen keine Adresse gespeichert ist, geht das Programm weiter zum Schritt 115. Im Schritt 115 wird der Lernregelkoeffizient Ka in der Adresse der Ka-Tabelle der Fig. 3b vollständig mit dem neuen Wert A, d. h. dem arithmetischen, im Schritt 112 erhaltenen Durchschnitt, aktualisiert.

Bei einem Lernvorgang nach dem ersten Aktualisieren, falls die im Schritt 114 festgestellte Adresse dieselbe wie die letzte Adresse ist (das Kennzeichen ist in der Adresse vorhanden), geht das Programm vom Schritt 114 zum Schritt 116, in dem bestimmt wird, ob der Wert von α (das Integral des Ausgangssignals des O₂-Fühlers) bei dem Lernvorgang größer als "1" ist. Wenn α größer als "1" ist, geht das Programm weiter zum Schritt 117, in dem die Minimaleinheit Δ A (ein Bit) zu dem Lernregelkoeffizienten Ka in der entsprechenden Adresse addiert wird. Wenn α kleiner als "1" ist, geht das Programm zu dem Schritt 118, in dem bestimmt wird, ob α kleiner als "1" ist. Wenn α kleiner als "1" ist, wird die Minimaleinheit Δ A von Ka beim Schritt 119 subtrahiert. Wenn α nicht kleiner als "1" ist, was bedeutet, daß α ="1" ist, gibt das Programm die Aktualisierungsroutine ab. Somit dauert die Aktualisierungsoperation an, bis der Wert α "1" wird.

Wenn die Einspritzimpulsbreite (Ti) berechnet wird, wird der Lernregelkoeffizient Ka aus der Ka-Tabelle in Übereinstimmung mit dem Wert der Motorlast L ausgelesen. Werte von Ka werden jedoch in Intervallen der Last gespeichert. Fig. 5 zeigt eine Interpolation der Ka-Tabelle. Bei Motorlasten X 1, X 2, X 3 und X 4 werden aktualisierte Werte Y 3 und Y 4 (als Koeffizient Ka) gespeichert. Wenn die festgestellte Motorlast nicht mit den eingestellten Lasten X 1 bis X 4 übereinstimmt, wird der Koeffizient Ka durch lineare Interpolation erhalten. Beispielsweise wird der Wert Y von Ka bei der Motorlast X durch die folgende Formel erhalten:

Y =((X-X 3) / (X 4-X 3))×(Y 4-Y 3)+Y 3.

Gemäß Fig. 8, die eine weitere Aktualisierungsroutine zeigt, wird in der Anordnung das erste Aktualisieren stufenweise mit einem Wert ausgeführt, der kleiner als der arithmetische Durchschnitt A ist, bis der Wert der Tabelle einen Wert erreicht, der dem gewünschten Wert A angenähert ist. Nach dem ersten Aktualisieren wird das Aktualisieren der Tabelle in derselben Weise wie bei dem Programm der Fig. 7 ausgeführt.

Im einzelnen geht beim Schritt 114, falls das Kennzeichen nicht in der Adresse vorhanden ist, das Programm weiter zum Schritt 115, wo der Lernregelkoeffizient Ka durch einen Wert in Abhängigkeit von der Abweichung des Rückkopplungssignals des O₂-Fühlers aktualisiert wird, beispielsweise ein Wert V, der durch die folgende Formel ausgedrückt ist:

V =D ×M+1

worin D die Differenz zwischen dem arithmetischen Durchschnitt A und dem gewünschten Wert "1" und M eine beliebige Zahl kleiner als "1", beispielsweise 0,2, 0,5 . . . , sind. Bei den nächsten Lernvorgängen geht das Programm vom Schritt 114 zum Schritt 120, in dem die Zahl der Operationen aufgezählt wird. Im Schritt 121 wird die gezählte Zahl bestimmt. Wenn die Zahl kleiner als drei ist, geht das Programm weiter zum Schritt 115, in dem der Wert V zu dem früheren Wert addiert wird. Wenn der Zähler bis drei zählt, geht das Programm zum Schritt 116, in dem dieselbe Operation wie in Fig. 7 ausgeführt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Regeln der Brennstoffzumessung einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines O₂-Fühlers (16) zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine mit einem Mikrocomputer (15) mit einem Speicher (31) zum Speichern aktualisierbarer Daten, mit folgenden Schritten:

• - Es wird festgestellt, ob ein Betriebszustand vorliegt, der ein Aktualisieren der Daten zuläßt (Schritte 101-109; 111);
• - wenn ja, so wird aufgrund des Betriebszustands ein Korrekturfaktor errechnet (112) und dieser als aktualisierter Wert im Speicher (31) gespeichert (115);

gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Es wird festgestellt, ob bei einem vorhergehenden Aktualisierungsvorgang derselbe Betriebszustand vorlag wie beim momentanen Aktualisierungsvorgang (113, 114);
• - wenn nein, so wird der arithmetische Durchschnitt (A) des Maximal- und Minimalwertes des Integrals über die Ausgangswerte des O₂-Fühlers errechnet, ein Lernregelkoeffizient (Ka) durch einen Wert V =D · M +1 aktualisiert, wobei D die Differenz zwischen dem arithmetischen Durchschnitt (A) und einem Sollwert von "1" und M eine beliebige Zahl kleiner "1" sind, und als aktualisierter Wert gespeichert (115);
• - wenn ja, so wird festgestellt, ob das Intergral über die Ausgangswerte des O₂-Fühlers größer oder kleiner als 1 ist (116, 118) und davon abhängig die aktualisierbaren Daten um einen vorgegebenen Minimalbetrag vergrößert oder verkleinert (117 bzw. 119).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktualisierbaren Daten definierten Betriebszuständen zugeordnet sind und daß bei Vorliegen anderer Betriebszustände die Brennstoffzumessung über eine Interpolation zwischen den entsprechenden Daten erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalbetrag der kleinsten im Mikrocomputer verwendeten Einheit entspricht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der arithmetische Durchschnitt über drei Schwankungszyklen des O₂-Fühlerausgangswertes errechnet wird.