DE3630847C2

DE3630847C2 -

Info

Publication number: DE3630847C2
Application number: DE3630847A
Authority: DE
Inventors: Tomomi Watanabe; Akira Takai; Katsumi Hiroshima Jp Okazaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1990-05-31
Also published as: JPS6260943A; DE3630847A1; US4773377A; JPH0318019B2

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung der einem Motor zugeführten Kraftstoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der am 8. April 1983 als JP-OS 58-59 321 offengeleg ten japanischen Patentanmeldung 56-1 56 940 vom 3. Oktober 1981 ist ein System zur Regelung der einem Motor zugeführ ten Kraftstoffmenge mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Detektor beschrieben, der einen in der Abgasleitung des Motors angeordneten 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-Ver hältnisses 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 japani schen Patentanmeldung 58-1 13 778 vom 24. Juni 1983 ist ein ähnliches System zur Regelung der zugeführten Kraftstoff menge 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 an gegeben, der die Konzentration einer Komponente des Abgases erfaßt, wobei ein Regler auf Grund eines Vergleichs des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektors mit einem Bezugssignal ein Korrektursignal erzeugt.

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

Neuere Systeme zur Regelung der einem Motor zugeführ ten Kraftstoffmenge sind nun so ausgelegt, daß im norma len Betrieb gewöhnlich ein unterstöchiometrisches Luft- Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten und für bestimmte Betriebszustände des Motors, beispielsweise für eine Be schleunigung 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 gegebenen falls infolge eines Überschwingens zu Drehmomentschwankun gen führt. Wenn dagegen der Motor aus einem normalen Be triebszustand 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.

Ein System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 01 36 519 A2 bekannt. In diesem System soll die Korrektur größe 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 Betriebszustand übergeht.

Aus der DE-OS 30 39 436 bzw. der entsprechenden US-PS 44 61 258 ist ein System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführ ten Kraftstoffmenge bekannt, bei dem die Proportional- und lntegralkonstanten in Abhängigkeit von einem durch eine Zusatz einrichtung erfaßten Betriebszustand verändert werden. Eine Richtung für die Vergrößerung oder Verminderung der P- und I- Anteile bzw. Korrekturgrößen kann diesen Vorveröffentlichungen jedoch nicht entnommen werden. Darüber hinaus folgt der Gegen stand dieser Vorveröffentlichungen dem Konzept, die Korrektur größen (P- und I-Anteile) in Abhängigkeit von dem Betriebs zustand des Motors zu verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge der eingangs ange gebenen Art dahingehend zu verbessern, daß in sämtlichen Betriebszuständen und auch bei einem Übergang von einem Betriebs zustand in einen anderen Betriebszustand Fehlzündungen und Dreh momentschwankungen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Gemäß der Erfindung wird die vorherbestimmte Korrekturgröße in Abhängig keit von dem Bezugssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Soll wertgebers derart verändert, daß die vorherbestimmte Korrektur größe kleiner wird, wenn sich der dem Sollwert des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses entsprechende Wert des Bezugssignals in Richtung eines ärmeren Gemischs verändert. 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, wird demzufolge ein Über schwingen vermieden. Andererseits wird infolge der relativ großen Korrekturgröße der Regelung ein befriedigendes Regelver halten auch dann erzielt, wenn der Betriebszustand des Motors in der entgegengesetzten Richtung verändert wird. Bei sämtlichen Betriebszuständen und auch bei Veränderungen der Betriebszustän de in die eine oder andere Richtung werden also Fehlzündungen und Drehmomentschwankungen vermieden. Durch die Erfindung wird ein System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge geschaffen, mit dem im normalen Betrieb des Motors ein unterstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch er halten 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. Weiterhin wird im normalen Betriebszustand des Motors ein unterstöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch aufrechterhalten und werden auch während einer Übergangszeit Fehlzündungen und Drehmomentschwankungen vermieden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend 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 Kraftstoff menge und

Fig. 2 in einem Diagramm das Ausgangssignal des Sauer stoffkonzentrationsdetektors.

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 Ab gaskanal 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 Luftdurch flußmesser 16 angeordnet. Weiter stromabwärts ist der An saugkanal 13 mit einer Drosselklappe 17 und einem Kraft stoffeinspritzsystem 18, in dieser Reihenfolge, versehen. Der Abgaskanal 14 enthält einen Abgasreiniger 19 und strom aufwärts von diesem einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-De tektor 20.

Der Motor 10 ist ferner mit einem Drehzahldetektor 21, einem Ansaugdruckdetektor 22, einem Ansauglufttemperatur detektor 23 und einem Kühlwassertemperaturdetektor 24 ver sehen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektor 20 erfaßt die Sauerstoffkonzentration des Abgases und erzeugt gemäß der Fig. 2 ein dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ent sprechendes Ausgangssignal. Einzelheiten des Detektors 20 gehen aus der JP-OS 52-72 286 hervor. Das Ausgangs signal des Detektors 20 wird einem Regler 30 zugeführt. Dieser Regler 30 kann ein Mikroporozessor mit einer Zen traleinheit 31, einem Speicher 32, einen Eingangskreis 33 und einem Ausgangskreis 34 sein. Das Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Signal wird von dem Detektor 20 dem Eingangs kreis 33 des Reglers 30 zugeführt. Diesem Eingangskreis 33 des Reglers 30 werden ferner die Ausgangssignale der Detekto ren 16, 21, 22, 23 und 24 zugeführt.

Der Regler 30 bestimmt für das Kraftstoff-Luft-Ver hältnis einen dem jeweiligen Betriebszustand des Motors entsprechenden Sollwert und auf Grund des Vergleiches zwischen dem Ausgangssignal des Detektors 20 und die sem Sollwert die zuzuführende 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 Ausgangs signals des Luftdurchflußmessers 16 und des Drehzahlde tektors 21 ein Anfangswert der Einspritzdauer berechnet. Im Schritt S ₄ wird dann beurteilt, ob die Kühlwassertempe ratur und der Betriebszustand des Motors eine Regelung der eingeführten Kraftstoffmenge erlauben. Bei der Ant wort 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 ver schiedenen Betriebszuständen des Motors zugeordnete Soll werte für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gespeichert.

Diese Betriebszustände können durch die Drehzahl und den Anfangswert der zugeführten Kraftstoffmenge angegeben wer den. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Drehzahl detektors 21 und dem Anfangswert der zugeführten Kraft stoffmenge liest der Regler einen der gespeicherten Soll werte 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 ent spricht.

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 Ausgangs signal V _s des Luft-Kraftstoff-Detektors 20 größer ist als die Spannung V _t, die dem Sollwert des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses 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 Zu stand (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 Inte griergröße I von der im vorigen Regeltakt erhaltenen Stell größe C _f subtrahiert.

Wenn im Schritt S ₁₂ die Antwort NEIN lautet, wird da raus geschlossen, daß die Stellgröße durch ihren Durchschnitts wert 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 Bestim mung 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 Durchschnitts wert 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 Spannungs signal 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-Kraft stoff-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 Kraftstoff menge 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 Regel vorgang ermittelte Zustand F _a des Merkers durch den im Schritt S ₁₀ oder S ₁₁ ermittelten Zustand des Merkers er setzt und wird im Schritt S ₂₀ auf Grund der dem Anfangswert der zugeführten Kraftstoffmenge entsprechenden Einspritz dauer 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 Kraft stoffmenge 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 Ampli tude der Veränderungen der Stellgröße C _f kleiner als im Be reich 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 Ge misch führt.

In der beschriebenen Ausführungsform werden bei zu nehmendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis beide Korrektur größen P und I verkleinert. Man kann ein ähnliches Ergeb nis aber auch erzielen, wenn man nur eine der Korrektur größen 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 mög lich, die Veränderungen in einer sehr kleinen Anzahl von Schritten vorzunehmen. Beispielsweise kann bei einem Luft- Kraftstoff-Verhältnis von 10 bis 18 dieselbe Korrektur größe 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 Ausführungsbei spiel angewendeten Steuerung der zugeführten Kraftstoff menge auch die zugeführte Luftmenge derart steuern, daß das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wird. Bei spielweise kann man in einem Vergasermotor die Drosselklappe durch eine Umgehungsleitung überbrücken und den Luftdurch fluß durch die Umgehungsleitung entsprechend der Stell größe steuern.

Claims

1. System zur Regelung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge, bestehend aus
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektor (20), der in mindestens einem Abgaskanal (14) des Motors angeordnet ist und dazu dient, die Konzentration einer Komponente des Abgases des Motors zu erfassen und ein Luft-Kraftstoff-Ver hältnis-Signal (Vs) zu erzeugen,
einem Betriebszustandsdetektor (21, 22, 23, 24) zum Erfassen eines Betriebszustandes des Motors und zum Erzeugen eines Betriebszustandssignals,
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertgeber, der aufgrund des Betriebszustandssignals ein Bezugssignal (Vt) erzeugt, das einem dem jeweiligen Betriebszustand zugeordneten Soll wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht,
einem Vergleicher (S 9) zum Vergleich des Luft-Kraftstoff-Ver hältnissignals (Vs) mit dem Bezugssignal (Vt) und zum Erzeugen eines Regelabweichungssignals, das einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal und dem Bezugssignal entspricht
und einem Regler (S 10- S 19), der das Regelabweichungssignal empfängt und aufgrund desselben eine das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis (A/F) des dem Motor zugeführten Gemisches bein flussende Stellgröße (Cf) um eine dem Übertragungsverhalten des Reglers entsprechende vorherbestimmte Korrekturgröße (I, P) in dem Sinne verändert, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis (A/F) seinem Sollwert angenähert wird, gekennzeichnet durch eine Zusatzeinrichtung (S 8) zur Änderung der vorherbe stimmten Korrekturgröße (I, P) in Abhängigkeit von dem Bezugssignal (Vt) des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert gebers derart, daß die vorherbestimmte Korrekturgröße (I, P) kleiner wird, wenn sich der dem Sollwert des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses entsprechende Wert des Bezugssignals (Vt) in Richtung eines ärmeren Gemischs verändert.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtung einen Speicher umfaßt, in dem den ver schiedenen Betriebszuständen des Motors zugeordnete Werte der vorherbestimmten Korrekturgröße (I, P) gespeichert sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte Korrekturgröße eine dem Integralverhal ten des Reglers entsprechende Integralgröße (I) und eine dem Proportional-Verhalten des Reglers entsprechende Proportio nalgröße (P) umfaßt.