DE3533197A1

DE3533197A1 - Gemischregelung fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3533197A1
Application number: DE19853533197
Authority: DE
Inventors: Martin Pawlik; Klaus Dipl Phys Wenzlik; Albert Stuebs
Original assignee: AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1987-03-19
Also published as: JPS6267255A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gemischregelung für einen Verbrennungsmotor mit einer Lambdasonde zur Abgabe eines Lambdaistsignals, mit einer Lambdasollwertstufe und mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleich des Lambdaistsignals mit dem Lambdasollwert sowie zur Abgabe eines Stellsignals für eine Verstellung des Motors.

Die Sondenspannung einer Lambdasonde weist für den stöchiometrischen Wert Lambda = 1 eine sprunghafte Änderung auf, die vielfach ausgewertet wird. Wenn der Verbrennungsmotor jedoch im Magerbereich arbeiten soll, muß man Lambdawerte zwischen 1 und 2 auswerten. Dort sind die absoluten Spannungswerte und die Spannungsänderungen in Abhängigkeit von Lambda nur noch sehr gering, so daß genaue Messungen erforderlich sind. Bekanntlich weist die Ausgangsspannung einer Lambdasonde eine Temperaturabhängigkeit auf. Bei Lambdawerten oberhalb 1 sind diese temperaturabhängigen Spannungsänderungen so groß, daß eine eindeutige Lambdabestimmung nicht mehr möglich ist. Somit ist eine Temperaturkompensation für einen stabilen und schadstoffarmen Motorbetrieb notwendig.

Es hat sich gezeigt, daß auch der Innenwiderstand einer Lambdasonde eine Temperaturabhängigkeit aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines temperaturkorrigierten Lambdaistsignals durch Kompensation mit Hilfe des Sondeninnenwiderstandes.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sondenspannung und der Sondeninnenwiderstand bestimmt werden und daß unter Bildung eines Korrekturwertes aus den beiden Meßsignalen ein temperaturkorrigiertes Lambdaistsignal erzeugt wird.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Sondenspannung zur Bildung zweier Signalwerte benutzt wird, nämlich einmal für die Sondenspannung selbst und zum anderen für ein Spannungssignal proportional dem Sondeninnenwiderstand. Da diese beiden Größen über ein temperaturabhängiges Kennfeld zusammenhängen, ist eine Temperaturkompensation der Sondenspannung oder der Spannung für den Sondeninnenwiderstand möglich, so daß man daraus ein temperaturkorrigiertes Lambdaistsignal gewinnen kann. Eine Temperaturmessung über einen zusätzlichen Temperatursensor ist nicht erforderlich.

Die Ausgangsspannung der Sonde wird im Multiplexbetrieb derart ausgewertet, daß eine perodisch wirksame Umschaltstufe die Sondenspannung (Us) einmal direkt zu einer Haltestufe und im Umschaltzustand einerseits an einen Lastwiderstand anlegt und andererseits zu einer Haltestufe für die Lastspannung durchläßt. Die Sondenspannung wird so einmal direkt festgehalten. Zum anderen wird eine Lastspannung gebildet, die eine Funktion des Innenwiderstandes ist.

Die Sondenspannung und die Lastspannung werden derart ausgewertet, daß die Sondenspannung und die Lastspannung zur Bildung eines dem Sondeninnenwiderstand proportionalen Signals in einer Divisionsstufe dividiert wird.

Eine besonders vollständige Korrektur ist dadurch erzielbar, daß die Sondenspannung und die dem Sondeninnenwiderstand entsprechende Spannung unter Verwendung eines Korrekturkennfeldes zur Bildung eines temperaturkorrigierten Lambdaistsignals kombiniert werden. Im Kennfeld lassen sich die Korrekturwerte sorgfältig abgleichen und ausgleichen.

Je nach der Größe der Korrekturwerte oder nach anderen Kriterien kann die Spannung für den Sondeninnenwiderstand in Abhängigkeit von der Sondenspannung oder die Sondenspannung in Abhängigkeit von dem Sondeninnenwiderstand korrigiert werden.

eine Korrektur mit diskreten Einzelwerten ist dadurch möglich, daß das Korrekturkennfeld als Kennfeldspeicher ausgebildet ist, dessen Adreßplätze in Abhängigkeit von der Sondenspannung und der Spannung für den Sondeninnenwiderstand abgefragt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 ein Kennfeld des Sondeninnenwiderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur mit Lambda als Parameter und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Gemischregelung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Verlauf des Sondeninnenwiderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur. Die vier dargestellten Kurven gelten für vier Lambdawerte als Parameter. Diese vier Lambdawerte sind jeweils größer als 1 und nehmen bei übereinanderliegenden Kurven zu. Man erkennt deutlich, daß der Innenwiderstand mit zunehmender Temperatur absinkt. Bei höheren Lambdawerten kommen offenbar noch weitere Einflüsse ins Spiel, die die Änderungsrichtung umkehren können. Man erkennt aus den Kurven, daß die Änderung des Innenwiderstandes in Abhängigkeit von dem Arbeitsbereich der Temperatur recht groß ist. Aufgrund eines solchen Temperaturkennfeldes ist es jedoch möglich, die jeweilige Sondenspannung in Abhängigkeit vom Innenwiderstand zu korrigieren, sodaß man ein temperaturkorregiertes Lambdasignal aus der Sondenspannung ableiten kann.

Eine hierzu geeignete Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Man erkennt in Fig. 2 eine Lambdasonde 1, die als Ersatzschaltbild dargestellt ist und eine Spannungsquelle zur Abgabe einer Sondenspannung Us sowie einen Innenwiderstand Ri enthält. Die Sondenspannung Us wird auf einer Leitung 2 abgenommen und in einem Verstärker 3 verstärkt. Eine Umschaltstufe 4 ist als Oszillator zur Erzeugung von Rechtecksignalen ausgebildet, die zur Schaltung bzw. Tastung der Schalter S 1, S 2 und S 3 dienen. Der Schalter S 1 schaltet einerseits eine Verbindung zwischen der Leitung 2 und einem Lastwiderstand R 1. In der anderen Schalterstellung ist die Leitung 2 unbelastet. Die Schalter S 2 und S 3 werden im Gegentakt betrieben und erlauben einen Multiplexbetrieb. Wenn der Schalter S 1 die Leitung 2 mit dem Lastwiderstand R 1 verbindet, so ist gleichzeitig jeweils der Schalter S 3 geschlossen, so daß über den Schalter S 3 die durch den Lastwiderstand R 1 belastete Sondenspannung U 1 in gleicher Höhe an der Haltestufe 5 anliegt. Der Haltestufe 5 ist ein Impedanzwandler vorgeschaltet.

In der entgegengesetzten Schalterstellung des Schalters S 1, wenn die Sondenspannung unbelastet ist, ist der Schalter S 2 geschlossen, so daß die unbelastete Sondenspannung Us an der Haltestufe 6 anliegt, der ebenfalls ein Impedanzwandler vorgeschaltet ist. Die Ausgangsspannungen der Haltestufen 5 und 6 werden in einer Divisionsstufe 7 dividiert, so daß man auf der Leitung 8 ein unkorrigiertes Signal für den Innenwiderstand erhält.

Für den Innenwiderstand Ri der Sonde gilt bekanntlich die nachstehende Formel hieraus erhält man durch Umformung

Da R 1 eine konstante Größe ist, erhält man durch Division in der Divisionsstufe 7 einen Wert der im wesentlichen dem Innenwiderstand Ri der Sonde proportional ist.

Die Leitung 8 und die Leitung 9, die die Sondenspannung als Maß für das Lambdaistsignal führt, liegen an einer Kompensationsschaltung 10 an. In dieser Schaltung erfolgt eine Temperaturkompensation über ein Kennfeld nach Fig. 1, so daß auf der Leitung 11 ein temperaturkorrigiertes Lambdaistsignal bereit steht.

Die Kompensationsschaltung 10 kann ein Kennfeldspeicher sein, dessen Adreßplätze durch die Werte für den unkorrigierten Sondeninnenwiderstand und die Sondenspannung anwählbar sind. Man kann die Korrektur so vornehmen, daß der Wert für den Sondeninnenwiderstand über die Sondenspannung korrigiert wird oder umgekehrt. Dieses hängt von praktischen Gesichtspunkten ab.

Die Stufe 12 erzeugt eine Lambdavorgabe bei Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, für die ein Magerbetrieb zu realisieren ist. Die Stufe 13 enthält Baugruppen, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors überwachen und entsprechende Korrektursignale zur Verfügung stellen, wenn ein Magerbetrieb nicht gewährleistet werden kann, insbesondere im Leerlauf, bei Beschleunigung und bei Vollast. Aus den Ausgangssignalen der Stufen 12 und 13 wird in der Stufe 14 ein Lambdasollwert gebildet. Dieser Lambdasollwert liegt über eine Leitung 15 zusammen mit dem Lambdaistsignal auf der Leitung 11 an einem Vergleicher 16 an, der auf der Leitung 17 ein Korrektursignal für einen PID-Regler 18 abgibt. Der PID-Regler 18 gibt ein Stellsignal für ein Stellglied 19 ab, das die Gemischverteilung des Verbrennungsmotors verstellt. Eine Beeinflussung ist z. B. über die Verstellung der Drosselklappe, über eine Abgasrückführung, über eine Verstellung der Kraftstoffzufuhr oder in anderer Weise möglich.

Claims

1. Gemischregelung für einen Verbrennungsmotor mit einer Lambdasonde zur Abgabe eines Lambdaistsignals, mit einer Lambdasollwertstufe und mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleich des Lambdaistsignals mit dem Lambdasollwert sowie zur Abgabe eines Stellsignals für eine Verstellung des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspannung (Us) und der Sondeninnenwandwiderstand (Ri) bestimmt werden und daß unter Bildung eines Korrekturwertes aus den beiden Meßsignalen ein temperaturkorrigiertes Lambdaistsignal erzeugt wird.

2. Gemischregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine periodisch wirksame Umschaltstufe (4) die Sondenspannung (Us) einmal direkt zu einer Haltestufe (6) und im Umschaltzustand einerseits an einen Lastwiderstand (8) anlegt und andererseits zu einer Haltestufe (5) für die Lastspannung durchläßt.

3. Gemischregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haltestufe (5, 6) ein Impedanzwandler vorgeschaltet ist.

4. Gemischregelung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspannung und die Lastspannung zur Bildung eines dem Sondeninnenwiderstand proportionalen Signals in einer Divisionsstufe (7) dividiert wird.

5. Gemischregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspannung und die dem Sondeninnenwiderstand entsprechende Spannung unter Verwendung eines Korrekturkennfeldes zur Bildung eines temperaturkorrigierten Lambdaistsignals kombiniert werden.

6. Gemischregelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung für den Sondeninnenwiderstand in Abhängigkeit von der Sondenspannung korrigiert wird.

7. Gemischregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenspannung in Abhängigkeit von dem Sondeninnenwiderstand korrigiert wird.

8. Gemischregelung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturkennfeld als Kennfeldspeicher ausgebildet ist, dessen Adreßplätze in Abhängigkeit von der Sondenspannung und der Spannung für den Sondeninnenwiderstand abgefragt werden.