DE3628628A1 - Verfahren und einrichtung zur adaption der gemischsteuerung bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs und einer Einrichtung nach der Gattung des Anspruchs 5. Gemischzumeßsysteme so auszubilden, daß die Dosierung oder Zumessung des Kraftstoffs über sogenannte lernende Regelsysteme erfolgt, ist bekannt (DE-OS 28 47 021; GB-PS 20 34 930 B). Ein solches lernendes Regelsystem enthält in einem permanentaktiven Schreib-Lese-Speicher beispielsweise Werte für die Einspritzung, die beim Betrieb der Maschine zur Verfügung stehen. Durch die Bildung solcher Kennfelder ergibt sich eine schnell reagierende Vorsteuerung für die Einspritzmenge oder generell für die Kraftstoffzumessung oder auch für andere, möglichst schnell sich ändernden Betriebsbedingungen anzupassende Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, etwa Zündzeitpunkt, Abgasrückführrate u. dgl. Lernende Regelsysteme können beispielsweise so ausgebildet sein, daß die einzelnen Kennfeldwerte betriebskenngrößenabhängig korrigiert und in den jeweiligen Speicher eingeschrieben werden.

Hierbei ist schon vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 35 05 965.6) durch eine adaptive Vorsteuerung sowohl strukturell bestimmte Bereiche eines Grundkennfeldes als auch über einen globalen Faktor jeden aus dem Kennfeld gewonnenen Steuerwert multiplikativ im Sinne einer Verschiebung aller Kennfeld-Stützstellen zu beeinflussen.

Vorgeschlagen worden ist ferner (Patentanmeldung P 34 08 215.9), die im Kennfeld gespeicherten und in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine angewählten Werte entsprechend dem Lernvorgang so zu verändern, daß nicht nur lediglich ein einziger vorgegebener Kennfeldwert, sondern auch die in seiner Umgebung liegenden jeweiligen Kennfeldwerte in Abhängigkeit zur Änderung des jeweils betroffenen Wertes zusätzlich manipuliert werden.

Um bei der Vorsteuerung ein Lernverfahren einführen zu können, benötigt man zusätzlich zu den Betriebskenngrößen, die das Kennfeld aufspannen, beispielsweise also Drosselklappenstellung und Drehzahl, eine Istwertangabe über den tatsächlichen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei als Istwert üblicherweise der Regelfaktor oder die Stellgröße eines λ-Reglers ausgewertet wird. Diese Stellgröße des λ-Reglers beeinflußt daher im Sinne eines adaptiven Lernens den Vorsteuerbereich und dient gleichzeitig als rückgeführter Istwert bei der aktuellen Regelung der Gemischsteuerung unter Zugrundelegung der gegebenenfalls durch das adaptive Lernen veränderten Vorsteuerwerte aus dem Kennfeldbereich.

Üblicherweise wird dabei so vorgegangen, daß der vom λ-Regler herausgegebene Korrekturfaktor gemittelt, geeigneten Randbedingungen unterworfen und dann sowohl in ein das Grundkennfeld überlagerndes strukturelles Kennfeld (Strukturadaption) als auch in einen globalen Faktor (Globaladaption) eingearbeitet wird. Die Einarbeitung erfolgt jeweils bei Verlassen eines um jede Kennfeld-Stützstelle definierten Einzugsbereichs (Adaptionsfläche).

In Verbindung mit den adaptiven Lernvorgängen im Vorsteuerbereich bei der Gemischsteuerung von Brennkraftmaschinen ist es ferner bekannt, den Bereich der Tankentlüftungssteuerung bei solchen Brennkraftmaschinen dadurch zu berücksichtigen, daß die Tankentlüftung nur für bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine zugelassen und während dieser Zeit der Adaptionsvorgang für die Kennfeldauswertung unterbrochen, d. h. die Gemischadaption verboten wird (siehe auch Bosch "Motronic" - Technische Beschreibung C 5/1, August 1981; DE-OS 28 29 958).

Der Grund hierfür liegt darin, daß ein Kraftstoffdämpfe bis zu einer bestimmten Maximalmenge speichernder, dem Kraftstofftank zugeordneter Aktivkohlefilter notwendigerweise während des Motorbetriebs gespült oder regeneriert werden muß, was durch Verbindung mit dem von der Brennkraftmaschine im Ansaugbereich entwickelten Unterdrucks geschieht. Hierdurch ergibt sich aber auch ein zusätzliches, auf diese Tankentlüftung zurückzuführendes Kraftstoff-Luftgemisch, welches als nicht gemessenes Gemisch die normalerweise mit hohem Berechnungsaufwand sehr exakt erstellte Kraftstoffzumeßmenge - bei einer Kraftstoffeinspritzanlage beispielsweise die Dauer des Einspritzsteuerbefehls t _i - und die sich hierdurch ergebende, der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführte Kraftstoffmenge verfälscht. Die als Istwertgeber eingesetzte λ-Sonde wertet aber die Gesamtmenge des im Verhältnis zur Luftmenge und pro Zeiteinheit zugeführten Kraftstoffs aus, so daß bei der lernenden Adaption im Vorsteuerbereich die auf einem gemittelten Wert des λ-Sondensignals beruht, Verfälschungen eingeführt werden, wenn die Gemischadaption während der Tankentlüftungsphasen nicht verboten wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich bei einer Brennkraftmaschine auch noch andere Fehlereinflußquellen ergeben, die zu einer ungewollten und insofern verfälschenden Verschiebung in der Gemischadaption (Strukturadaption und/oder Globaladaption) führen können, so daß sich die Aufgabe vorliegender Erfindung dahingehend ergibt, dafür zu sorgen, daß beim adaptiven Lernen im Vorsteuer-Kennfeldbereich eine Unterbrechung der Gemischadaption immer dann vorgenommen wird, wenn nicht beherrschbare, sich aber auf eine Ausgangssignaländerung des Istwertbildners (λ-Sonde) auswirkende Einflüsse von transientem Charakter ergeben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. Anspruchs 5 und hat den Vorteil, daß die stabile Kennfeldstruktur im Vorsteuerbereich durch ein Lernverbot für Gemischadaption aufrechterhalten bleibt, welches dann einsetzt, wenn eine negative Drosselklappenänderung ein bestimmtes Ausmaß überschreitet. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei längeren (Autobahn)Fahrten im oberen Lastbereich, also bei vergleichsweise weit geöffneter Drosselklappe und entsprechend geringem, von der Brennkraftmaschine erzeugtem Unterdruck eine Kraftstoffansammlung etwa in Nischen und Ecken der Einspritzeinheit auftritt, was für sich gesehen während der Fahrt selbst ohne Bedeutung ist, da sich dieser Vorgang über einen längeren Zeitraum erstreckt. Gelangt die Brennkraftmaschine jedoch aus diesem Betriebszustand in einen unteren Teillastbereich, dann werden die angesammelten Kraftstoffmengen durch den Unterdruck im Saugrohr angesaugt, was notwendigerweise zu einer Überfettung des Gemisches führt. Dementsprechend ergibt sich eine Abmagerung durch die Wirkung des λ-Reglers, eine entsprechende Reaktion durch Auswertung der gemittelten Stellgröße des λ-Reglers und eine Abmagerung der Lernfaktoren der Vorsteuerung. Durch das durch die vorliegende Erfindung sichergestellte Verbot der Gemischadaption während eines solchen Vorgangs wird vermieden, daß die hier jeweils beteiligten Kennfeldwerte eine bleibende Änderung erfahren, was sonst dazu führen würde, daß beim späteren Durchfahren dieser Bereiche mit kleinen Änderungen des Drosselklappenwinkels eine zu magere Gemischeinstellung resultieren würde.

Vorteilhaft ist ferner, daß die Berücksichtigung der Vorgänge im Bereich der Drosselklappe und deren Einbeziehung zur Ermittlung von Gemischadaptionsverboten ohne größeren Aufwand erfolgen kann, da beispielsweise durch Setzen eines entsprechenden Flags bei einer mikroprozessorgesteuerten Einspritzanlage dann, wenn sich eine bestimmte negative Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappe ergeben hat, hieraus für einen vorgegebenen Zeitraum bzw. bis zum Unterschreiten bestimmter Schwellwerte eine Verbotsdauer für die Gemischadaption abgeleitet werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt anhand von Diagrammen bei a) den Verlauf der Drosselklappenstellung über der Zeit, bei b) die negative Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenposition über der Zeit und bei c) das Ausmaß der negativen Änderungsgeschwindigkeit (entsprechend starker Drosselklappenabfall pro Zeiteinheit), jeweils mit Schwellwertangaben für entsprechende Eingriffe.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, eine Abmagerung der Lernfaktoren, beispielsweise Struktureller Faktor aus dem Kennfeld für adaptive Gemischänderungen und Globaler Faktor für multiplikative Gemischänderungen durch ein Verbot der Gemischadaption dann zu verhindern, wenn sich nach langen gleichmäßigen Fahrten im oberen Lastbereich und schnellem Übergang in einen unteren Teillastbereich eine zusätzliche Kraftstoffmehrmenge aufgrund geometrischer Gegebenheiten und des entsprechenden Saugrohr-Unterdruckanstiegs ergibt, die zwar vom λ-Regler als Istwertbildner für den Regelvorgang der Gemischversorgung erfaßt, jedoch nicht, jedenfalls nicht zu diesem Zeitpunkt, durch entsprechende Berechnung des jeweiligen Kraftstoffbedarfs zugemessen worden ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst kurz auf einige grundsätzliche Möglichkeiten der lernenden Adaption im Vorsteuerbereich eingegangen, wobei auch darauf hingewiesen wird, daß die in der Zeichnung oder in den nachfolgenden Ausführungen angegebenen Funktionsabläufe lediglich dazu dienen, funktionelle Grundwirkungen zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer möglichen Realisierungsform (üblicherweise entsprechende Programmgestaltungen bei einem Mikrorechner oder Mikroprozessor) anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Funktionsblöcke, Komponenten und Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder vorzugsweise auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen oder von Programmen sein können. Der Fachmann ist jederzeit in der Lage, mit Hilfe von Programmexperten, die ihm zur Verfügung stehen, die entsprechenden Funktionsabläufe, Befehle und Wirkungen in eine geeignete Programmsprache umzusetzen, so daß diese Schritte als nicht mehr erläuterungsbedürftig angesehen und auch auf die zusätzliche Darstellung von Flußdiagrammen bei Anwendung etwa durch Mikroprozessoren als für das Verständnis vorliegender Erfindung entbehrlich ausgegangen wird.

Für die Bildung einer Einspritzzeit (oder einer sonstigen Angabe der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge bei Anwendung bei Vergasern o. dgl.) wird im Normalbetrieb ein Einspritzzeit-Kennfeld zugrundegelegt, welches vorzugsweise drehzahl-drosselklappenstellungsabhängig ist und über eine vorgegebene Anzahl von Drehzahl- und Drosselklappen-Signal-Stützstellen aufgespannt ist. In numerischen Werten können beispielsweise 15 Drehzahl- und 15 Drosselklappen-Signal-Stützstellen vorgesehen sein. Dieses Grundeinspritz-Kennfeld kann dann beispielsweise auf ein spezielles Fahrzeug eines jeweiligen Fahrzeugtyps ausgelegt sein und kann dann einmal durch ein strukturelles Kennfeld überlagert werden, welches, ebenfalls nur als Beispiel angenommen, 8 Drehzahl- und 8 Drosselklappen-Signal-Stützstellen haben kann. Diese stellen eine Teilmenge aus den 15×15 Stützstellen des Einspritzzeit-Kennfeldes dar. Zur Adaption von Randbedingungen, die durch multiplikativ auf die Gemischbildung insgesamt auswirken (beispielsweise Umgebungs-Druckunterschiede durch Höhe, Temperatur, Alterung von Aggregaten u. dgl.) kann ferner ein sogenannter Globaler Faktor dienen.

Um zu verhindern, daß sich durch die weiter vorn erläuterten Vorgänge eine Abmagerung dieser Lernfaktoren Struktureller Faktor und Globaler Faktor ergibt, wird durch Auswertung der Drosselklappenposition sowie deren Änderungsgeschwindigkeiten und Vergleich mit Schwellwerten eine Gemischadaption verboten, also die weitere Verarbeitung der gemittelten Stellgrößen des λ-Reglers für den Lernvorgang im Vorsteuerbereich unterbrochen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und der nachfolgenden Erläuterungen werden zunächst die folgenden Abkürzungen angegeben:

α _LL Drosselklappenwinkel im Leerlaufα _obL DK-Winkel im oberen Lastbereich Δα _SchAd Δα-Schwelle für Gemischadaptiont _VerAd Verbotszeit für Gemischadaption -dα/dtnegative Änderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenwinkels. -Δα′Differenzwert des DK-Winkels

Der Kurvenverlauf bei a) in der Zeichnung zeigt den Winkel oder Wegverlauf der Drosselklappenstellung über der Zeit; aus diesem Wegverlauf läßt sich durch Differenzieren lediglich bei Änderungen der Drosselklappenstellung in negativer Richtung die im Diagramm bei b) der Zeichnung aufgetragene Größe ermitteln, die die negative Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappe betrifft.

In diesem Zusammenhang ist ein Schwellwert eingeführt, der im Diagramm von b) angegeben ist und bei dessen Unterschreiten die Bildung des sogenannten Δα′-Werts einsetzt.

Es gilt also, daß zunächst der Zeitpunkt t₁ zu bestimmen ist, der sich durch die in der nachfolgend angegebenen Formel ergebende Schwellwertüberschreitung ermittelt.

Ab diesem Zeitpunkt t₁ wird der Kurvenverlauf im Diagramm bei c) bestimmt, und zwar nach der folgenden Formel:

Δα′=α (t)- a (t₁)

Zu jedem nachfolgenden Zeitpunkt, wobei das Zeitraster für die Bearbeitung bei Δ t = 10 ms liegen kann, wird der Δα′-Wert bestimmt und erst wenn dieser Wert bei Durchlaufen eines hinreichend großen Δα einen vorgegebenen Schwellwert entsprechend nachfolgender Formel überschreitet,

|-Δα′||-Δα _SchAd |

wird, zum Zeitpunkt t₁′ für eine vorgegebene Dauer die Verbotszeit t _VerAd für die Gemischadaption eingeleitet.

Wird zu einem späteren Zeitpunkt t₂, der sich aus dem Verlauf der negativen Änderungsgeschwindigkeit im Diagramm b) ergibt, die

-Schwelle wieder überschritten, dann wird die Bildung des Δα′-Wertes wieder gelöscht, so daß sich der im Diagramm bei c) zum Zeitpunkt t₂ gezeigte abrupte Kurvenabfall ergibt.

Die Verbotszeit t _VerAd für die Gemischadaption kann zu diesem Zeitpunkt t₂ wieder beendet werden; es ist aber auch möglich, daß die Gemischadaption noch für eine weitere, sich anschließende Zeitdauer verboten bleibt. Diese Zeitdauer kann durch Zeitablauf oder drehzahlabhängig zu einem beliebigen Zeitpunkt t₃ im Diagramm c) beendet sein.

Dieser gesamte Steuerungsablauf des Gemischadaptionsverbots kann vollkommen als Software niedergelegt sein, wenn unter Zugrundelegung eines Mikroprozessors gearbeitet wird; an Komponenten sind erforderlich ein Drosselklappenweggeber sowie ein Differenzbildner, der den Kurvenverlauf des Diagramms b) erstellt sowie entsprechende Komparatoren, die unter Zugrundelegung der genannten Schwellwerte zunächst die Bildung des Δα′-Werts einleiten bzw. aus dem Verlauf dieses gebildeten Werts und dessen an einem weiteren Komparator durchgeführten Vergleichs mit dem Schwellwert -Δα′ _SchAd den Beginn der Verbotszeit festlegen, beispielsweise als Steuersignal an einen (relaisbetätigten) Schalter, der die Zuführung der sich ändernden, gemittelten Stellgröße vom λ-Regler zum Vorsteuerbereich dann für den Verbotszeitraum unterbricht.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (5)

1. Verfahren zur Adaption der Gemischsteuerung bei Brennkraftmaschinen, wobei ein von Betriebsgrößen (Drosselklappenstellungswinkel α, Drehzahl n) der Brennkraftmaschine aufgespanntes Kennfeld eine für die zuzuführende oder einzuspritzende Kraftstoffmenge maßgebende Vorsteuergröße herausgibt, die durch mindestens eine adaptiv veränderbare Korrekturgröße (Strukturelle Adaption, Globale Adaption) beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Änderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenstellungswinkels (a ) erfaßt und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und daß bei Überschreiten des Schwellwertes eine das Ausmaß der Drosselklappenänderung angebende Größe (Δα ′) so ausgewertet wird, daß bei Überschreiten eines zugeordneten Schwellwerts die Gemischadaption im Vorsteuerbereich für einen vorgegebenen Zeitraum verboten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des bei Schwellwertüberschreitung den Verbotszeitraum für die Gemischadaption einleitenden Δα ′-Werts durch fortlaufende Differenzbildung nach der folgenden Formel Δα ′=α (i)-α (t₁) ab dem Zeitpunkt (t₁) erfolgt, zu welchem die negative Änderungsgeschwindigkeit ihren zugeordneten Schwellwert überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbot der Gemischadaption im Vorsteuerbereich aus dem Mittelwert der λ-Reglerstellgröße bei Unterschreiten der negativen Änderungsgeschwindigkeit zugeordneten Schwellwertgröße beendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptionsverbot zu einem vorgegebenen Zeitraum nach Überschreiten des Schwellwerts der negativen Änderungsgeschwindigkeit (drehzahlabhängig) aufgehoben wird.

5. Einrichtung zur Adaption der Gemischsteuerung bei Brennkraftmaschinen, wobei ein von Betriebsgrößen (Drosselklappenstellungswinkel α, Drehzahl n) der Brennkraftmaschine aufgespanntes Kennfeld eine für die zuzuführende oder einzuspritzende Kraftstoffmenge maßgebende Vorsteuergröße herausgibt, die durch mindestens eine adaptiv veränderbare Korrekturgröße (Strukturelle Adaption, Globale Adaption) beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines Drosselklappenstellungsgebers zur Ermittlung der negativen Änderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenwinkels erfaßt und einem Differenzierglied zugeführt wird, daß der Ausgang des Differenziergliedes mit der negativen Änderungsgeschwindigkeit einem schwellwertvergleichenden Komparator zugeführt ist und daß Mittel vorgesehen sind, die zum Zeitpunkt der Schwellwertüberschreitung durch die negative Änderungsgeschwindigkeit das Ausmaß der Drosselklappenwinkeländerung erfassen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch Unterbrechen oder Umschalten der Verbindung des λ-Reglerausgangs mit dem Vorsteuerbereich die Gemischadaption verhindern.