DE3630847A1

DE3630847A1 - System zur regelung des luft-kraftstoffverhaeltnisses bei einem motor

Info

Publication number: DE3630847A1
Application number: DE19863630847
Authority: DE
Inventors: Tomomi Watanabe; Akira Takai; Katsumi Okazaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1987-03-19
Also published as: JPH0318019B2; DE3630847C2; JPS6260943A; US4773377A

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge, insbesondere zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft speziell ein zur Steuerung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge dienendes System, in dem der Istwert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch Erfassung der Konzentration einer Komponente des Abgases des Motors bestimmt und in Abhängigkeit von dem so bestimmten Istwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die zugeführte Kraftstoffmenge derart gesteuert wird, daß ein Sollwert dieses Verhältnisses erzielt wird.

In der am 8. April 1983 als JP-OS 58-59 321 offengelegten japanischen Patentanmeldung 56-1 56 940 vom 3. Oktober 1981 ist ein System zur Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Detektor beschrieben, der einen in der Abgasleitung des Motors angeordnten Sauerstoffkonzentrationssensor besitzt. In einem Regelkreis wird das Ausgangssignal des Detektors einem Regler zugeführt, in dem es mit einer Bezugsgröße verglichen wird, der dem Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für den jeweiligen Betriebszustand des Motors entspricht. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Bezugsgröße wird die zugeführte Kraftstoffmenge gesteuert. In der am 12. Januar 1985 als JP-OS 60-6 036 offengelegten japanischen Patentanmeldung 58-1 13 778 vom 24. Juni 1983 ist ein ähnliches System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge beschrieben. In der US-PS 40 89 313 ist für die Steuerung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge ein System mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektor angegeben, der die Konzentration einer Komponente des Abgases erfaßt, wobei ein Regler auf Grund eines Vergleichs des Ausgangssingals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektors mit einem Bezugssignal ein Korrektursignal erzeugt.

In diesen bekannten Systemen zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge soll die Korrekturgröße der Regelung möglichst klein sein, damit ein Überschwingen vermieden wird. Bei einer zu kleinen Korrekturgröße der Regelung ist deren Regelverhalten jedoch nicht befriedigend, wenn der Motor von einem Betriebszustand in einen anderen übergeht. Damit ein befriedigendes Regelverhalten gewährleistet ist, sind die üblichen Systeme zur Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge so ausgelegt, daß die Korrekturgröße ziemlich groß ist, damit im Falle einer Veränderung des Betriebszustandes des Motors das Luft-Kraftstoff-Verhältnis schnell seinen Sollwert erreicht.

Neuere Systeme zurRegelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge sind nun so ausgelegt, daß im normalen Betrieb gewöhnlich ein unterstöchiometrisches Luft- Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten und für bestimmte Betriebszustände des Motors, beispielsweise für eine Beschleunigung oder für einen Betrieb mit hoher Leistung, das Gemisch angereichert wird. Bei einem Übergang aus dem Betrieb mit hoher Leistung, bei dem ein relativ reiches Gemisch benötigt wird, auf einen normalen Betrieb, bei dem ein relativ armes Gemisch verwendet wird, kann bei einer relativ großen Korrekturgröße leicht ein zu armes Gemisch erhalten werden, das zu Fehlzündungen und/oder gegebenenfalls infolge eines Überschwingens zu Drehmomentschwankungen führt. Wenn dagegen der Motor aus einem normalen Betriebszustand in einen Betrieb mit hoher Leistung übergeht, soll ein relativ reiches Gemisch erzielt werden. Bei den bekannten Systemen zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr ist es nicht möglich, beide Forderungen zu erfüllen.

Daher hat die Erfindung die Aufgabe, für die Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge ein System zu schaffen, das einerseits ein befriedigendes Regelverhalten hat und bei dem andererseits Fehlzündungen und Drehmomentschwankungen vermieden werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines zur Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge dienenden Systems, mit dem im normalen Betrieb des Motors ein unterstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch erhalten wird, jedoch bei einem Übergang des Motors aus einem ein relativ reiches Gemisch erfordernden Betriebszustand in den normalen Betriebszustand, in dem ein ärmeres Gemisch benötigt wird, keine Gefahr besteht, daß ein zu armes Gemisch erhalten wird.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, für die Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge ein System zu schaffen, mit dem im normalen Betriebszustand des Motors ein unterstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch aufrechterhalten wird und auch während einer Übergangszeit Fehlzündungen und Drehmomentschwankungen vermieden werden.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben besitzt gemäß der Erfindung ein System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Detektor, der in einem Abgaskanal des Motors angeordnet ist und dazu dient, die Konzentration einer Komponente des Abgases des Motors zu erfassen und ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Signal zu erzeugen, einen Betriebszustandsdetektor zum Erfassen des Betriebszustandes des Motors und zum Erzeugen eines Betriebszustandssignals, einen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sollwertgeber, der auf Grund des Betriebszustandssignals ein Bezugssignal erzeugt, das einem dem jeweiligen Betriebszustand zugeordneten Sollwert des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, einen Vergleicher zum Vergleich des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signals mit dem Bezugssignal und zum Erzeugen eines Regelabweichungssignals, das einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Signal und dem Bezugssignal entspricht, einen Regler, der das Regelabweichungssignal empfängt und auf Grund desselben eine das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches beeinflussende Stellgröße um eine vorher bestimmte Korrekturgröße in dem Sinne verändert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis seinem Sollwert angenähert wird, und eine Zusatzeinrichtung, die dazu dient, einen Betriebszustand des Motors zu erfassen, in dem diesem ein armes Gemisch zugeführt wird, und auf Grund der Erfassung dieses Betriebszustandes die vorhergenannte vorherbestimmte Korrekturgröße konstant zu verminden.

Gemäß der Erfindung wird die vorherbestimmte Korrekturgröße um die auf Grund des Regelabweichungssignals die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beeinflussende Stellgröße verändert wird, dann verkleinert, wenn sich der Motor in einem Betriebszustand befindet, in dem ein relativ armes Gemisch zugeführt werden soll, so daß bei einem Übergang des Motors aus einem Betriebszustand, in dem ein relativ reiches Gemisch benötigt wird, in einen Betriebszustand, in dem ein relativ armes Gemisch benötigt wird, ein Überschwingen vermieden wird. Andererseits wird infolge der relativ großen Korrekturgröße der Regelung ein befriedigendes Regelverhalten auch dann erzielt, wenn der Betriebszustand des Motors in der entgegengesetzten Richtung verändert wird.

Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

In diesen zeigt

Fig. 1 schematisch einen Motor mit einem nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge und

Fig. 2 in einem Diagramm das Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationsdetektors.

Fig. 3 ist ein Programmablaufplan zur Erläuterung der Regelung und

Fig. 4 ein Diagramm des Verlaufes der Stellgröße der Regelung.

Der in der Zeichnung, besonders in Fig. 1, gezeigte Motor 10 besitzt einen Zylinder 11, der einen Brennraum 12 enthält, zu dem ein Ansaugkanal 13 führt und an den ein Abgaskanal 14 zum Abziehen des Abgases des Motors anschließt. In dem Ansaugkanal 13 ist an dessen stromaufwärtigen Ende ein Luftfilter 15 und stromabwärts von diesem ein Luftdurchflußmesser 16 angeordnet. Weiter stromabwärts ist der Ansaugkanal 13 mit einer Drosselklappe 17 und einem Kraftstoffeinspritzsystem 18, in dieser Reihenfolge, versehen. Der Abgaskanal 14 enthält einen Abgasreiniger 19 und stromaufwärts von diesem einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Detektor 20.

Der Motor 10 ist ferner mit einem Drehzahldetektor 21, einem Ansaugdruckdetektor 22, einem Ansauglufttemperaturdetektor 23 und einem Kühlwassertemperaturdetektor 24 versehen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektor 20 erfaßt die Sauerstoffkonzentration des Abgases und erzeugt gemäß der Fig. 2 ein dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechendes Ausgangssignal. Einzelheiten des Detektors 20 gehen aus der JP-OS 52-72 286 hervor. Das Ausgangssignal des Detektors 20 wird einem Regler 30 zugeführt. Dieser Regler 30 kann ein Mikroprozessor mit einer Zentraleinheit 31, einem Speicher 32, einen Eingangskreis 33 und einem Ausgangskreis 34 sein. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Signal wird von dem Detektor 20 dem Eingangskreis 33 des Reglers 30 zugeführt. Diesem Eingangskreis 33 des Reglers 30 werden ferner die Ausgangssignale der Detektoren 16, 21, 22, 23 und 24 zugeführt.

Der Regler 30 bestimmt für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einen dem jeweiligen Betriebszustand des Motors entsprechenden Sollwert und auf Grund des Vergleiches zwischen dem Ausgangssignal des Detektors 20 und diesem Sollwert die zuzufürende Kraftstoffmenge. Das Ausgangssignal des Reglers 30 wird von dem Ausgangskreis 34 an das Kraftstoffeinspritzsystem 18 abgegeben. Die Funktion des Reglers ist in der Fig. 3 dargestellt. Der Regler 30 wird im Schritt S ₁ eingeschaltet und erfaßt im Schritt S ₂ die Ausgangssignale der Detektoren 16 und 20 bis 24. Im Schritt S ₃ wird auf Grund des Ausgangssignals des Luftdurchflußmessers 16 und des Drehzahldetektors 21 ein Anfangswert der Einspritzdauer berechnet. Im Schritt S ₄ wird dann beurteilt, ob die Kühlwassertemperatur und der Betriebszustand des Motors eine Regelung der eingeführten Kraftstoffmenge erlauben. Bei der Antwort NEIN wird im Schritt S ₅ eine Steuerung durchgeführt, bei der die zugeführte Kraftstoffmenge dem Anfangswert T _p der Einspritzdauer entspricht.

Wenn dagegen die Antwort JA erhalten wird, wird im Schritt S ₆ der dem jeweiligen Betriebszustand des Motors zugeordnete Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet. Zu diesem Zweck sind in dem Speicher 32 verschiedenen Betriebszuständen des Motors zugeordnete Sollwerte für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gespeichert. Diese Betriebszustände können durch die Drehzahl und den Anfangswert der zugeführten Kraftstoffmenge angegeben werden. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Drehzahldetektors 21 und dem Anfangswert der zugeführten Kraftstoffmenge liest der Regler einen der gespeicherten Sollwerde ab. In Abhängigkeit von der in Fig. 2 dargestellten Charakteristik des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektors 20 wird dann im Schritt S ₇ eine Sollwertspannung V _t bestimmt, die dem Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht.

Nun werden im Schritt 8 eine Integriergröße I und eine Proportionalgröße P erfaßt, die vorherbestimmt und in Form der in Fig. 3 gezeigten Tabelle im Speicher 32 gespeichert sind. Im Schritt S ₉ wird festgestellt, ob das Ausgangssignal V _s des Luft-Kraftstoff-Detektors 20 größer ist als die Spannung V _t, die dem Sollwert des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses entspricht. Wenn V _s größer ist als V _t, wird im Schritt S ₁₀ der Merker F in den Zustand 0 gebracht. Wenn dagegen V _s kleiner ist als V _t, wird im Schritt S ₁₁ F in den Zustand 1 gebracht. In dem darauffolgenden Schritt S ₁₂ wird festgestellt, ob sich der Merker F in demselben Zustand (F _a) befindet wie im vorhergehenden Regeltakt. Wenn die Antwort JA lautet, wird daraus geschlossen, daß die Stellgröße nicht durch ihren Durchschnittswert C _o (Fig. 4) gegangen ist und wird im Schritt S ₁₃ festgestellt, ob sich der Merker im Zustand 0 befindet. Wenn die Antwort JA lautet, wird im Schritt 14 durch Addition der Integriergröße I zu der im vorhergehenden Regeltakt erhaltenen Stellgröße C _f die Stellgröße C _f ermittelt. Wenn im Schritt S ₁₃ die Antwort NEIN lautet, wird zur Bestimmung der Stellgröße die Integriergröße I von der im vorien Regeltakt erhaltenen Stellgröße C _f subtrahiert.

Wenn im Schritt S ₁₂ die Antwort NEIN lautet, wird daraus geschlossen, daß die Stellgröße durch ihren Durchschnittswert C _o gegangen ist und wird im Schritt S ₁₆ festgestellt, ob sich der Merker im Zustand 0 befindet. Wenn die Antwort im Schritt S ₁₆ JA lautet, wird im Schritt S ₁₇ zur Bestimmung der Stellgröße C _f die Proportionalgröße P zu der in dem vorhergehenden Regelvorgang erhaltenen Stellgröße C _f addiert. Wenn im Schritt S ₁₆ die Antwort NEIN lautet, wird im Schritt S ₁₈ zur Bestimmung der Stellgröße die Proportionalgröße P von der im vorhergehenden Regeltakt erhaltenen Stellgröße C _f subtrahiert. Wenn die Stellgröße durch ihren Durchschnittswert gegangen ist, erfolgt daher eine Korrektur der Stellgröße durch Addition oder Subtraktion der Proportionalgröße P. In der vorstehend erläuterten Regelung wird das den Istwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses darstellende Spannungssignal mit dem Bezugsspannungssignal verglichen, das dem Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, und wird festgestellt, ob dieser Istwert einem mageren Gemisch entspricht als der Sollwert. Wenn sich dabei ergibt, daß das Gemisch magerer ist als es dem Sollwert des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses entspricht, wird die Stellgröße C _f und damit auch die zugeführte Kraftstoffmenge vergrößert. Wenn dagegen festgestellt wird, daß das Gemisch reicher ist als es dem Sollwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wird die Stellgröße und damit auch die zugeführte Kraftstoffmenge verringert. Für diese Korrektur der Stellgröße C _f wird die Integriergröße I herangezogen, wenn weiter mit dem magereren bzw. reicheren Gemisch gearbeitet werden soll, und die Proportionalgröße P, wenn anstelle eines mageren Gemisches ein reicheres Gemisch verwendet werden soll oder umgekehrt.

Im Schritt S ₁₉ wird dann der im vorhergehenden Regelvorgang ermittelte Zustand F _a des Merkers durch den im Schritt S ₁₀ oder S ₁₁ ermittelten Zustand des Merkers ersetzt und wird im Schritt S ₂₀ auf Grund der dem Anfangswert der zugeführten Kraftstoffmenge entsprechenden Einspritzdauer und der Stellgröße C _f die Einspritzdauer bestimmt und im Schritt S ₂₁ ein entsprechender Ausgangsimpuls an das Einspritzsystem 18 abgegeben.

In der Fig. 4 ist der Verlauf der Stellgröße C _f für zwei Betriebszustände des Motors dargestellt, in denen ein relativ armes bzw. ein relativ reiches Gemisch benötigt wird. Man erkennt, daß die Stellgröße C _f zyklisch um einen Durchschnittswert C _o pendelt und daher die zugeführte Kraftstoffmenge zyklisch um den Sollwert pendelt. In dem Bereich A ist der Verlauf der Stellgröße C _f für den Betriebszustand gezeigt, in dem ein relativ reiches Gemisch benötigt wird, und im Bereich B für den Betriebszustand, in dem ein relativ armes Gemisch benötigt wird. In der in Fig. 3 gezeigten Tabelle erkennt man ferner, daß die Korrekturgrößen P und I mit zunehmendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. bei zunehmend ärmerem Gemisch abnehmen. Daher ist im Bereich B die Amplitude der Veränderungen der Stellgröße C _f kleiner als im Bereich A, so daß im Bereich B das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch weniger stark schwankt als im Bereich A. Dadurch wird im Betrieb des Motors mit einem relativ armen Gemisch verhindert, daß ein Überschwingen zu einem zu mageren Gemisch führt.

In der beschriebenen Ausführungsform werden bei zunehmendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis beide Korrekturgrößen P und I verkleinert. Man kann ein ähnliches Ergebnis aber auch erzielen, wenn man nur eine der Korrekturgrößen P und I verändert. Ferner ist es nicht unbedingt notwendig, diese Werte fortlaufend zu verändern, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, sondern ist es auch möglich, die Veränderungen in einer sehr kleinen Anzahl von Schritten vorzunehmen. Beispielsweise kann bei einem Luft- Kraftstoff-Verhältnis von 10 bis 18 dieselbe Korrekturgröße P bzw. I und bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20 bis 25 jeweils ein niedrigerer Wert verwendet werden. Man kann anstelle der in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel angewendeten Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge auch die zugeführte Luftmenge derart steuern, daß das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wird. Beispielsweise kann man in einem Vergasermotor die Drosselklappe durch eine Umgehungsleitung überbrücken und den Luftdurchfluß durch die Umgehungsleitung entsprechend der Stellgröße steuern.

Vorstehend wurde ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, auf dessen Einzelheiten die Erfindung jedoch in keiner Weise eingeschränkt ist, da im Rahmen des Erfindungsgedankens Abänderungen vorgenommen werden können.

Claims

1. System zur Regelung der einen Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge, gekennzeichnet durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektor, der in mindestens einem Abgaskanal des Motors angeordnet ist und dazu dient, die Konzentration einer Komponente des Abgases des Motors zu erfassen und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Signal zu erzeugen, einen Betriebszustanddetektor zum Erfassen des Betriebszustandes des Motors und zum Erzeugen eines Betriebszustandssignals, einen Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sollwertgeber, der auf Grund des Betriebszustandssignals ein Bezugssignal erzeugt, das einem dem jeweiligen Betriebszustand zugeordneten Sollwert des Luftkraftstoff- Verhältnisses entspricht, einen Vergleicher zum Vergleich des Luft-Kraftstoff-Verhältnissignals mit dem Bezugssignal und zum Erzeugen eines Regelabweichungssignals, das einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal und dem Sollwertsignal entspricht, einen Regler, der das Regelabweichungssignal empfängt und auf Grund desselben eine das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches beeinflussende Stellgröße um eine vorherbestimmte Korrekturgröße in dem Sinne verändert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis seinem Sollwert angenähert wird, und eine Zusatzeinrichtung, die dazu dient, einen Betriebszustand des Motors zu erfassen, in dem diesem ein armes Gemisch zugeführt wird, und auf Grund der Erfassung dieses Betriebszustandes die vorgenannte vorherbestimmte Korrekturgröße zu vermindern.

2. System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung eines Anfangwertes der zugeführten Kraftstoffmenge auf Grund des Durchflusses der angesaugten Luftmenge und zur Korrektur des Anfangswertes der zugeführten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Regelabweichungssignal.

3. System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Detektor geeignet ist, die Sauerstoffkonzentration zu messen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Wert auf Grund einer Veränderung der Sauerstoffkonzentration kontinuierlich verändert wird.

4. System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen einer ersten Korrekturgröße, um die die Stellgröße veränderbar ist, wenn diese von einem Wert der einem ärmeren oder reichen Gemisch entspricht, auf einen Wert gegangen ist, der einem reicheren bzw. ärmeren Gemisch entspricht, und zum Bestimmen einer zweiten Korrekturgröße, um die die Stellgröße veränderbar ist, wenn die Stellgröße in dem Bereich bleibt, der einem ärmeren bzw. reicheren Gemisch entspricht.

5. System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtung einen Speicher umfaßt, in dem verschiedenen Betriebszuständen des Motors zugeordnete Werte der vorherbestimmten Korrekturgröße gespeichert sind.

6. System zur Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der ersten und der zweiten Korrekturgröße einen Speicher umfaßt, in dem verschiedenen Betriebszuständen des Motors zugeordnete Werte der ersten und der zweiten Korrekturgröße gespeichert sind.