DE3737249C2

DE3737249C2 -

Info

Publication number: DE3737249C2
Application number: DE3737249A
Authority: DE
Inventors: Douglas R. Birmingham Mich. Us Hamburg
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1987-11-03
Publication date: 1990-07-05
Also published as: GB8724350D0; GB2197093B; DE3737249A1; US4789939A; GB2197093A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung zugeführten mageren Luft/Brenn stoff-Gemisches sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind verschiedene Mittel zur elektronischen Motor steuerung bekannt; so beispielsweise aus der US-PS 39 69 614, in der ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Motorsteuerung beschrieben sind.

Ferner ist aus der DE-OS 35 00 608 eine Luft/Brennstoff-Ge mischregelung an der Magergrenze für Verbrennungsmotoren bekannt, bei der mit einer Lambda-Sonde die CH-Emissionen (CH steht für Kohlenwasserstoff) im Abgas gemessen werden. Das Signal der Lambda-Sonde wird dann in einer Vergleicher schaltung mit einem Sollwert verglichen und daraus ein Si gnal an die Kraftstoffzufuhr ermittelt. Bei diesem Verfah ren werden die Betriebswerte des Verbrennungsmotors, wie Drehzahl, Last, Temperatur u.ä., zusammen mit den Soll werten für die Lambda-Sonde und die Abgasrückführung in ei nem Kennfeldspeicher gespeichert.

Aus der DE-OS 26 17 347 ist ferner ein Gemischregelsystem bekannt, bei dem Lambda-Sonden die Zusammensetzung der Mo torabgase messen und abhängig von den CH-Emissionen Signale erzeugen. Die Signale werden mit Sollwerten verglichen und in eine Regelschaltung eingespeist, die das Signal so modu liert, daß die Luft/Brennstoff-Verhältnisse des Gemisches auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden.

Einstellungen zur Steuerung der Energieumwandlungsfunktion eines Motors werden erhalten, indem wenigstens eine Motor betriebsbedingung abgetastet wird, ein für diese Bedingung kennzeichnendes elektrisches Signal entwickelt wird und mit einem Digitalcomputer sich wiederholende Werte entsprechend den Einstellungen der zur Steuerung der Energieumwandlungs funktion des Motors verwendeten Mittel berechnet werden. Der Digitalcomputer ist zur arithmetischen Berechnung die ser Werte oder Einstellungen aus einer algebraischen Funk tion programmiert. Die Werte von Einstellungen können auch aus Funktionen berechnet werden, die eine gewünschte Bezie hung zwischen Einstellungen der Energieumwandlungs regelungseinrichtung und der abgetasteten Bedingungen be schreiben.

Zu den typischen Steuerungsvariablen gehören: Drossel klappenwinkel, Brennstoffströmung je Zyklus, Brennstoff einspritzereinstellung, Zündeinstellung und - falls eine Abgasrückführung verwendet wird - die Menge der motor rückgeführten Abgase. Zur Regelung dieser Variablen, die die Charakteristiken des Energieumwandlungsverfahrens be stimmen, werden während des Motorbetriebs die verschiedenen Motorbedingungen , d.h. eine oder mehrere der folgenden va riablen Motorbedingungen, abgetastet. Kurbelwellenposition, Motordrehzahl, Luftmassenströmung in den Motor, Ansaugdruck im Verteiler, Drosselklappenwinkel, Ab gasrückführventilstellung, Änderung des Drosselklappen winkels, Änderung der Motordrehzahl, Brennstofftemperatur, Brennstoffdruck, Änderung des Abgasrückfuhrventils, Fahr zeuggeschwindigkeit und -beschleunigung, Kühlmittel temperatur im Motor, Motordrehmoment, Luft/Brennstoff- Verhältnis, Abgasemissionen, etc.

Es wurde nun gefunden, daß es Bedingungen gibt, bei denen es vorteilhaft ist, mit einem sehr mageren Luft/Brennstoff- Verhältnis zu arbeiten. Ein derartiger Betrieb kann bei spielsweise bessere Brennstoffwirtschaftlichkeit herbei führen oder die Abgasemissionen herabsetzen. Mit den be kannten Motorsteuerungssystemen bestanden jedoch Schwierig keiten, den Motor bei oder nahe der Magergrenze der Luft/Brennstoff-Gemische zu betreiben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Mo torregelungssystem zur Verfügung zu stellen, das in ein facher und zuverlässiger Weise den Motorbetrieb bei mageren Luft/Brennstoff-Gemischen regelt.

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Luft/Brennstoff-Verhältnisse der einem Ver brennungsmotor mit innerer Verbrennung zugeführten mageren Luft/Brennstoff-Gemische nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ver fahren sowie der Vorrichtungen ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Da auch die Steuerbefehle für die Luft/Brennstoff-Verhält nisse an der Magergrenze in der Speichertabelle vorprogram miert sind, erfolgt auch bei Übergangszuständen der Luft/Brennstoff-Verhältnisse ein gutes Ansprechen der Rege lung. Aufgrund der Aktualisierung bzw. Anpassung der Spei chertabelle wird durch die Erfindung ein Betrieb an der Ma gergrenze ermöglicht. Die Erfindung zieht - wie beschrieben - Vorteil aus der Tatsache, daß die CH-Schwankungen steigen, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis sich der Magergrenze nähert, jedoch bevor tatsächlich Fehlzündungen auftreten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der eine einzige Fi gur aufweisenden Zeichnung beschrieben, die ein Blockdia gramm eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Der Motor 10 ist mit einer Brennstoffsteuereinrichtung 11 verbunden, der die Steuersignale für die Brennstoffein spritzung des Motors empfängt und die Brennstoffeinsprit zung steuert. Der CH-Sensor 12 mißt die Motorabgase. Er er zeugt ein Signal, das die momentanen CH-Werte in den Mo torabgasen anzeigt. Dieses Ausgangssignal des CH-Sensors 12 wird in eine Rechenvorrichtung 13 gegeben, die die Schwan kung der CH-Werte berechnet und auf einen Bezugswert bezo gen relativiert. Die relative Schwankung des CH-Wertes aus der Rechenvorrichtung 13 wird in eine Regeleinrichtung 14 gegeben. Das Ausgangssignal der Regeleinrichtung wird dann wiederum in eine Additionsschaltung 15 und einen selbstan passenden Algorithmusrechner 16 eingegeben. Dabei wird in die Regeleinrichtung 14 ein Sollwert für die relative Schwankung der CH-Emissionen eingegeben. Das Ausgangssignal vom selbstanpassenden Algorithmusrechner 16 wird mit dem Wert der Speichertabelle 17 für die Magergrenze der Luft/Brennstoffverhältnisse abgeglichen und dann in die Ad ditionsschaltung 15 gegeben. Sowohl der selbstanpassende Algorithmusrechner 16 als auch die Speichertabelle 17 für die Magergrenze der Luft/Brennstoff-Verhältnisse erhalten zusätzlich Eingangssignale entsprechend der Motordrehzahl, dem absoluten Ansaugdruck im Verteiler und ggf. dem Zünd zeitpunkt. Die Multiplizierfunktion 18 erhält Signale von einem Luftströmungsmesser 19 und der Additionsschaltung 15.

Das Ausgangssignal der Multipliziervorrichtung 18 wird dann auf die Brennstoffsteuereinrichtung 11 gegeben.

Der CH-Sensor 12 erzeugt bei Motorbetrieb ein Signal, das ein Maß für den augenblicklichen Ist-Wert der CH-Emissionen in den Motorabgasen ist. Die Veränderungen der Sensor-Si gnale werden in der Rechenvorrichtung 13 relativ zu einem Bezugswert berechnet. Es wird eine sogenannte relative CH- Schwankung erhalten. Bei der Relativierung wird die momen tane Schwankung der gemessenen augenblicklichen CH-Emissio nen kontinuierlich berechnet und das Ergebnis durch den entsprechend berechneten Mittelwert geteilt. Dieser Wert, die relative Schwankung der CH-Emission, wird mit einem Re ferenzwert für die realtivierte CH-Schwankung in der Regel einrichtung 14 verglichen. Das daraus ermittelte Regelsi gnal wird dazu verwendet, den Befehl der Speichertabelle 17 für die Magergrenze der Luft/Brennstoff-Verhältnisse zu be richtigen. Dieser berichtigte Befehl gelangt dann zur Brennstoffsteuereinrichtung 11 und wird in Folge dem Motor 10 zugeführt. Das Regelsignal der relativierten CH-Wert Schwankung wird ferner zur Aktualisierung oder Anpassung der Speichertabelle 17 verwendet. Die Speichertabelle 17 liefert jeweils den Grundwert für die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses an das Luft/Brennstoff-Steue rungssystem des Motors 10.

Genauer gesagt, wird die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Spei chertabelle 17 für die Grundsteuerungsbefehle der Luft/Brennstoff-Verhältnisse so programmiert, daß die Be fehle von der Motordrehzahl, dem absoluten Druck im Ansaug verteiler und ggf. vom Zündzeitpunkt abhängig sind. Dadurch soll das Luft/Brennstoff-Verhältnis bei allen Motordrehzah len und Drücken im Ansaugverteiler, die bei einem Fahrzy klus in dem Motor auftreten, an der Magergrenze der Luft/Brennstoff-Verhältnisse gesteuert werden. Zu jedem Zeitpunkt werden die der Drehzahl und dem An saugverteilerdruck entsprechenden Befehle für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse aus der Speichertabelle 17 entnommen und durch ein Regelsignal berichtigt. Das Regel signal wird aus der Differenz des Wertes für die relative CH-Wertschwankung vom CH-Sensor 12 und des Sollwertes für die relative CH-Wertschwankung gebildet. Das korrigierte Luft/Brennstoff-Verhältnis-Signal wird dann von der Multi pliziervorrichtung entsprechend dem Signal aus dem Luft strömungsmesser 19 multipliziert. Das Signal vom Luft strömungsmesser 19 kann entweder direkt mit einem Luftströ mungsmesser gemessen oder unter Verwendung eines üblichen Drehzahl-Dichte-Algorithmus berechnet werden. Das Ausgangs signal aus der Multipliziervorrichtung 18 ist ein tatsäch licher Brennstoffsteuerungsbefehl (M _f). Der Steuerbefehl wird dann auf die Brennstoffsteuereinrichtung 11 aufgege ben - vorteilhafterweise unter Kompensierung des permanen ten Brennstoffdurchgangs, so daß die dynamische An sprechzeit verbessert ist, um hinsichtlich der Pulsbreite des Brennstoffs modulierte Steuerungssignale für die Brenn stoffeinspritzung zu erzeugen. Dadurch wird ein Betrieb an der Magergrenze möglich.

Um sicherzustellen, daß der Motor tatsächlich an der Mager grenze läuft, werden im Abgas des Motors die CH-Emissionen mit dem Sensor 12 gemessen. Aus den relativierten Ver änderungen der CH-Signale wird unter Verwendung der Rechen vorrichtung 13 - einem eingebauten Motorsteuerungscomputer - kontinuierlich eine relative CH-Wert Schwankung er rechnet. Das Signal für die relative CH-Wert-Schwankung wird mit einem Bezugssignal für die relative CH-Wert- Schwankung verglichen. Die Differenz daraus wird auf die Regeleinrichtung 14 aufgegeben, wobei in vorteilhafter Weise ein Proportional-Integral-Steuerungsalgorithmus für eine rasche Ansprechzeit und minimale Fehler im stationären Zustand verwendet wird. Das sich ergebende Regelsignal wird dann zur Korrektur des Steuerbefehls für das Luft/Brenn stoff-Verhältnis aus der Speichertabelle 17 (diese enthält, wie vorstehend angegeben, die Luft/Brennstoff-Verhältnisse an der Magergrenze) verwendet.

Zusätzlich kann die Regelung der relativen CH-Wert-Schwan kung zur Aktualisierung, d.h. Anpassung der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Speichertabelle 17 unter Verwen dung einer selbstanpassenden Algorithmusvorrichtung 16 verwendet werden. In Übereinstimmung mit dieser Anpassung oder Aktualisierung können ständige Verschiebungsfehler im stationären Zustand zwischen den in der Speichertabelle 17 für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse gespeicherten Werten der Magergrenze und der aus den CH-Wert-Schwankungsmessun gen, die mit dem CH-Sensor 12 gemacht wurden, entnommenen Magergrenze im allgemeinen herabgesetzt oder beseitigt wer den. Dieser Anpassungsprozeß erfolgt durch Verwendung des Ausgangssignals der CH-Wert-Schwankung der Regeleinrichtung 14. Dadurch werden die in der Speichertabelle 17 bezüglich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses gespeicherten Luft/Brennstoff-Verhältniswerte als Funktionen der Kombina tionen entsprechend den speziellen Arbeitsbedingungen, bei denen ein Fehler beobachtet werden kann, geändert. Die An passung der Speichertabelle 17 wird nur durchgeführt, wenn der Motor bei irgendeiner speziellen Kombination von Dreh zahl und Druckzuständen im Ansaugverteiler über einen aus reichend langen Zeitraum, vorteilhafterweise mehrere Sekun den, arbeitet, so daß sich dynamische Effekte nicht auswir ken.

Zweifellos ergeben sich dem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet verschiedene Modifikationen und Variationen. Bei spielsweise kann die in der Speichertabelle 17 bezüglich der Luft/Brennstoff-Verhältnisse gespeicherte spezielle Funktion von der hier offenbarten variieren. Eine Variation bestünde darin, die maximal zulässigen Abgasrückführungs werte, d.h. Werte oberhalb derer eine Verbrennungs instabilität auftritt, in der Speichertabelle 17 zu spei chern und die CH-Wert-Schwankungsregelung zur dynamischen Steuerung des Motorbetriebs an der Abgasrückführ-Toleranz grenze (anstatt der Magergrenze des Luft/Brennstoff-Verhältnisses) für sämtliche Arbeitspunkte zu verwenden. Falls dies erfolgt, wird das Ausgangssignal der Speichertabelle 17 mit einer Abgasrückführsteuerein richtung anstelle einer Brennstoffsteuereinrichtung gekop pelt, wobei diese Koppelung in Betriebsbereichen aufgehoben wird, in denen NO_x-Verminderung nicht erforderlich ist und in denen die Fahrfähigkeit nachteilig beeinflußt werden könnte. Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, ohne daß sie darauf be schränkt ist.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Ver hältnisses des einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung zugeführten mageren Luft/Brennstoff-Gemisches mit folgenden Schritten:

a) Speichern von Werten für die Luft/Brennstoff-Ver hältnisse an der Magergrenze als eine Funktion der Betriebsbedingungen des Motors;
b) Erzeugen eines SOLL-Wertes für die CH-Emissionen im Abgas des Motors;
c) Ermitteln eines IST-Wertes für die CH-Emissionen im Abgas des Motors;
d) Erzeugen eines Regelsignals als eine Funktion der Differenz des SOLL-Wertes und des IST-Werts;
e) Erzeugen eines die Luftströmung in dem Motor an zeigendes Signals;
f) Erzeugen eines das Luft/Brennstoff-Verhältnis an der Magergrenze vorgebenden Signals aus den gespeicherten Werten für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors;
g) Erzeugen eines Brennstoffeinspritzsteuersignals als eine Funktion des Regelsignals, des die Luftströmung an zeigenden Signals und des das Luft/Brennstoff-Verhältnis vorgebenden Signals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Luft/Brennstoff-Verhältnis vorgebende Signal durch das Regelsignal korrigiert wird und daß das Brennstoffein spritzsteuersignal durch Multiplizieren des korrigierten Luft/Brennstoff-Verhältnissignals mit dem die Luftströmung anzeigenden Signal erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die gespeicherten Werte für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse an der Magergrenze als eine Funktion des Regelsignals an sich langsam ändernde Charakteristiken des Motors angepaßt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der IST- und der SOLL- Wert relativierte Werte für die Schwankung der CH- Emissionen im Abgas sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit:

a) einem Speicher (17) für die Werte für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse an der Magergrenze als eine Funktion der Betriebsbedingungen des Motors;
b) Einrichtungen zum Erzeugen eines SOLL-Wertes für die CH-Emissionen im Motorabgas;
c) Einrichtungen (12, 13) zum Ermitteln eines IST-Wertes für die CH-Emissionen im Motorabgas;
d) Einrichtungen (14) zum Erzeugen eines Regelsignals als eine Funktion der Differenz des SOLL-Wertes und des IST- Werts;
e) einem Luftströmungsmesser (19) zum Erzeugen eines die Luftströmung in den Motor anzeigenden Signals;
f) Einrichtungen (16, 17) zum Erzeugen des das Luft/Brennstoff-Verhältnis an der Magergrenze vorgebenden Signals aus den gespeicherten Werten für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors; und
g) Einrichtungen (11, 15, 18) zum Erzeugen eines Brennstoffeinspritzsteuersignals als eine Funktion des Regelsignals, des die Luftströmung anzeigenden Signals und des das Luft/Brennstoff-Verhältnis vorgebenden Signals.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch: Einrichtungen (15), die das das Luft/Brennstoff-Verhältnis vorgebende Signal durch das Regelsignal korrigieren und Einrichtungen (18) zum Erzeugen des Brennstoffeinspritz steuersignals, die das korrigierte Luft/Brennstoff- Verhältnissignal mit dem die Luftströmung anzeigenden Signal multiplizieren.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Speicher (17), in dem die gespeicherten Werte für die Luft/Brennstoff-Verhältnisse an der Magergrenze als eine Funktion des Regelsignals an sich langsam ändernde Charakteristiken des Motors angepaßt werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen (12, 13), die die Schwankungen der CH-Emissionen in den Motorabgasen ermitteln.