DE3740527A1

DE3740527A1 - Anpassungsfaehige luft-brennstoff-steuerung an der magergrenze unter anwendung einer verbrennungsdrucksensor-rueckkoppelung

Info

Publication number: DE3740527A1
Application number: DE19873740527
Authority: DE
Inventors: Douglas R Hamburg; Gottfried Hogh; Gerald P Lawson
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1988-06-09
Anticipated expiration: 2007-12-01
Also published as: DE3740527C2; US4736724A; GB2205663B; GB2205663A; GB8725964D0

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Motor steuerung.

Es sind verschiedene Mittel zur elektronischen Motor steuerung bekannt. Beispielsweise wird in der US-PS 39 69 614 von Moyer et al. ein Verfahren und eine Vor richtung zur Motorsteuerung angegeben. Einstellungen zur Steuerung der Energieumwandlungsfunktion eines Mo tors werden dadurch erhalten, daß wenigstens eine Motor betriebsbedingung abgetastet wird, ein für diese Bedingung kennzeichnendes elektrisches Signal entwickelt wird und mit einem Digitalcomputer sich wiederholend Werte ent sprechend den Einstellungen der zur Steuerung der Ener gieumwandlungsfunktion des Motors verwendeten Mittel be rechnet werden. Der Digitalcomputer ist so programmiert, daß diese Werte oder Einstellungen aus einer algebraischen Funktion oder Funktionen, welche eine gewünschte Beziehung zwischen Einstellungen der Energieumwandlungsregelungsein richtung und der abgetasteten Bedingung beschreiben, arith metisch berechnet werden.

Zu typischen Steuerungsvariablen gehören der Drossel winkel, die Brennstoffströmung je Zyklus, die Brenn stoffeinspritzungseinstellung, die Zündeinstellung und, falls EGR verwendet wird, die Menge der durch den Motor rezirkulierten Abgase (exhaust gases recirculated). Zur Herbeiführung der Steuerung dieser Variablen, welche die Charakteristiken des Energieumwandlungsprozesses bestim men, können verschiedene Motorbedingungen abgetastet wer den, während der Motor in Betrieb ist. Somit können eine oder mehrere der folgenden variablen Motorbedingungen abgetastet werden: Kurbelwellenposition, Motorgeschwindig keit, Massenluftströmung in den Motor, Ansaugverteiler druck, Drosselwinkel, EGR-Ventilstellung, Änderungsaus maß des Drosselwinkels, Änderungsausmaß der Motorgeschwin digkeit, Brennstofftemperatur, Brennstoffdruck, Änderungs ausmaß des EGR-Ventils, Fahrzeuggeschwindigkeit und Be schleunigung, Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehmoment, Luft-zu-Brennstoff-Verhältnis, Abgasemissionen etc.

Es wurde gefunden, daß Bedingungen bestehen, bei denen es vorteilhaft ist, mit einem sehr mageren Luft-Brenn stoff-Verhältnis zu arbeiten. Beispielsweise kann ein der artiger Betrieb bessere Brennstoffwirtschaftlichkeit er zeugen oder Auspuffemissionen herabsetzen. Bekannte Motor steuerungssysteme haben Schwierigkeiten, den Motor bei oder nahe der Grenze der mageren Luft-Brennstoff-Be dingungen zu betreiben. Es wäre erwünscht, ein Motor steuerungssystem aufzufinden, das in einfacher Weise und zuverlässig dazu befähigt ist, den Motorbetrieb bei mage ren Luft-Brennstoff-Bedingungen zu regeln. Dies sind eini ge der Probleme, die aufgrund der Erfindung überwunden werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebes eines Innenverbrennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff-Verhältnissen, die gekennzeichnet ist durch eine Brennstoffregeleinrichtung zur Erzeugung eines Brennstoffeinspritzerbetätigungssignals, eine Innen zylinderdruck-Sensoreinrichtung, die mit jedem Zylinder des Motors gekoppelt ist, zur Messung des Innenzylinder drucks und zur Erzeugung eines Outputsignals als eine Funktion eines derartigen Innenzylinderdrucks, eine Luftströmungsanzeigeeinrichtung zur Erzeugung eines die Luftströmung in den Motor anzeigenden Signals und eine Kompensationseinrichtung, die mit der Innenzylinder druck-Sensoreinrichtung und der Luftströmungsanzeigeein richtung gekoppelt ist, um den auf den Motor als eine Funktion von Luftströmung und Innenzylinderdruck aufge gebenen Brennstoff-Luft-Befehl zu modifzizieren, und mit der Brennstoffregeleinrichtung zur Aufgabe eines Brenn stoffbefehlsignals an die Brennstoffregeleinrichtung ge koppelt ist, wodurch ein Motorbetrieb bei der mageren Luft-Brennstoff-Verhältnisgrenze ermöglicht wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brenn stoff-Luft-Verhältnis, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Brennstoffeinspritzersteuersignal auf die Brenn stoffeinspritzer des Motors als eine Funktion eines ge speicherten Schemas von Brennstoffbefehlssignalen aufge geben wird, ein Rückkoppelungssignal als eine Funktion des Innenzylinderdrucks des Motors erzeugt wird, ein die Luft strömung in den Motor kennzeichnendes Signal erzeugt wird und das Brennstoffeinspritzersteuersignal als eine Funk tion des Rückkoppelungssignals und des Luftströmungs signals modifiziert wird.

Gemäß der Erfindung werden somit der Innenzylinderdruck und die Luftströmung in den Motor zur Steuerung des Mo torbetriebs verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Innenver brennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff-Verhält nissen einen Brennstoffregler, einen Innenzylinderdruck- Sensor, eine Luftströmungsanzeigeeinrichtung und eine Kompensationseinrichtung. Der Brennstoffregler erzeugt ein Brennstoffeinspritzer-Betätigungssignal zur Steue rung der Einführung von Brennstoff in den Motor. Der In nenzylinderdruck-Sensor ist mit jedem Zylinder des Mo tors gekoppelt, um den Innenzylinderdruck zu messen und ein Outputsignal als eine Funktion eines derartigen In nenzylinderdrucks zu erzeugen. Die Luftströmungsanzeige einrichtung erzeugt ein Signal, das kennzeichnend für die Luftströmung in den Motor ist. Die Kompensations einrichtung ist mit dem Innenzylinderdruck-Sensor und der Luftströmungsanzeigeeinrichtung verbunden und besitzt einen Output, der mit dem Brennstoffregler gekoppelt ist. Die Kompensationseinrichtung modifiziert den an den Motor als eine Funktion von Luftströmung und Innenzylinderdruck gegebenen Brennstoff-Luft-Befehl, wodurch ein Motorbetrieb bei der mageren Luft-Brennstoff-Verhältnisgrenze ermög licht wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Luft- Brennstoff-Verhältnis des Motors bei der Magergrenze auf grund kontinuierlich gemessener Innenzylinder-Verbren nungsdrucksignale beibehalten. Es wird ein gutes Anspre chen des Durchgangsluft-Brennstoff-Verhältnisses auf grund der Vorprogrammierung der Magergrenze der Verbren nungsdauertabelle und des schnellen Zeitansprechens der Verbrennungsdruck-Rückkoppelungsschleife erzielt. Es wird auch aufgrund der Aktualisierung oder Anpassung der Ver brennungsdauertabelle ein Betrieb genau bei der Mager grenze bereitgestellt.

Nachfolgend wird die Zeichnung kurz beschrieben.

Die Zeichnung ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuerung an der Magergrenze gemäß einer Ausführungsform der Er findung unter Verwendung eines Innenzylinder-Verbren nungsdrucksignals, um ein Luft-Brennstoff-Verhältnis des Motors an der Magergrenze beizubehalten.

Die Erfindung wird im einzelnen beschrieben.

Ein Motorsystem 10 enthält einen elektronischen Brenn stoffregler und einen Motor 11, der Innenzylinder-Ver brennungsdruck-Sensoren 12 aufweist, die mit jedem Zy linder des Motors gekoppelt sind. Der elektronische Brennstoffregler und der Motor 11 erhalten einen Input aus einer Multiplizierfunktionsvorrichtung 13, die ei nen Input aus einer Luftströmungsanzeigeeinrichtung 14 und einen anderen Input aus einem Rückkoppelungsregler 15 aufweist, der Teil eines Rückkoppelungsweges aus den Druck sensoren 12 ist. Spezieller enthält der Rückoppelungsweg eine Additionsschaltung 16, die einen Input aus einer Ver brennungsdauertabelle 17 bei der Magergrenze und einen anderen Input aus der tatsächlichen Verbrennungszeitdauer berechnung 18 aufweist. Die Zylinderverbrennungsdruck- Sensoren 12 liefern einen Output direkt zu dem Input der tatsächlichen Verbrennungszeitdauerberechnung 18 und lie fern einen Output zu dem Input der Verbrennungsdauerta belle 17 bei der Magergrenze durch eine anpassungsfähige Algorithmusfunktion 19. Die Verbrennungsdauertabelle bei der Magergrenze weist auch als Inputs Motor-RPM und Motor- Drehmoment auf.

Im Betrieb behält ein aus Innenzylinderverbrennungs- Sensoren 12 abgeleitetes Rückkoppelungssignal das Luft- Brennstoff-Verhältnis eines Motors bei der Magergrenze für sämtliche RPM/Drehmoment-Betriebsbedingungen bei.

Weiterhin wird die Verbrennungsdruck- oder Rückkoppelungs information verwendet, um eine vorprogrammierte Ver brennungsdauertabelle 17 bei der Magergrenze zu aktuali sieren oder anzupassen, von der der grundlegende Brenn stoffbefehl an das Brennstoffregelsystem 11 des Motors erhalten wird.

Die Verbrennungsdauertabelle 17 an der Magergrenze ist in dem eingebauten Motorsteuerungscomputer als eine Funktion von Motor-RPM und Motor-Drehmoment und ggf. Motor-Funken zündungseinstellung an der Magergrenze für sämtliche Mo tor-RPM und Drehmomentbetriebspunkte zu erzeugen, die er wartungsgemäß in irgendeinem Fahrzyklus auftreten können. Zu jedem beliebigen Augenblick wird die vorbestimmte Brenn dauer an der Magergrenze, die dem zu diesem Zeitpunkt vor handenen RPM und Drehmoment entspricht, aus der Verbrennungs dauertabelle 17 ausgezogen und mit dem tatsächlichen Ver brennungsdauerwert verglichen, der aus dem Verbrennungs drucksignal berechnet wird, das aus dem entsprechenden Zy linderdrucksensor 12 rückgekoppelt wird.

Das sich ergebende aus der Additionsschaltung 16 erzeugte Fehlersignal wird durch den Rückkoppelungsregler 15 mit ei nem geeigneten Algorithmus z. B. proportional-integral zur Erzeugung eines Brennstoff-Luft-Befehlssignals verarbeitet. Das Brennstoff-Luft-Befehlssignal wird dann mit einem Luftströmungssignal, das entweder mit einem Luftströmungs meßgerät gemessen oder unter Verwendung eines üblichen Ge schwindigkeitsdichte-Algorithmus berechnet wird, multipli ziert, um den tatsächlichen Brennstoffbefehl _f als einen Output der Multiplizierfunktionsvorrichtung 13 zu ergeben. Der Brennstoffbefehl wird dann auf einen üblichen elektro nischen Brennstoffregler 11 im Motor aufgegeben, vorteil haft mit einer gewissen Form von Druchgangsbrennstoff kompensation und Multizylinderfähigkeit, um hinsichtlich der Pulsbreite modulierte Brennstoffeinspritzerantriebs signale zu erzeugen, die für jeden einzelnen Zylinder Betrieb bei der Magergrenze ergeben.

In vorteilhafter Weise kann ein Parameter des Verbrennungs druckrückkopplungssignals, beispielsweise die Anpassungs fähigkeit zur Aktualisierung, d. h. Anpassung der Verbren nungsdauertabelle 17 an der Magergrenze verwendet werden, um irgendwelche Fehler der Verbrennungsdauer an der Mager grenze, die sich aus den Messungen des Verbrennungsdrucks ergeben, auszuschalten. Dieser Anpassungsprozeß wird durch geführt, indem die Betriebsverbrennungsdrucksignale zur Änderung der Magergrenzwerte in den richtigen RPM/Drehmo ment-Bereichen der Verbrennungsdauertabelle 17 entspre chend den speziellen Betriebsbedingungen, wo der Fehler beobachtet wurde, verwendet werden. Eine derartige Aktua lisierung der Verbrennungsdauertabelle 17 wird ausge führt, wenn der Motor bei irgendeiner besonderen RPM/Dreh momentbedingung während eines ausreichend langen Zeitraums, beispielsweise für mehrere Sekunden in Betrieb ist, so daß die dynamischen Effekte nicht signifikant sind. Um abrup te Übergänge von einem Bereich der Tabelle zu einem ande ren zu vermeiden, wird jeweils, wenn eine Verbrennungs zeitkorrektur gemacht wird, eine etwas geringere Korrek tur in jedem der angrenzenden RPM/Drehmoment-Bereiche in der Verbrennungsdauertabelle durchgeführt.

Zweifellos ergeben sich dem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet verschiedene Möglichkeiten und Variationen. Bei spielsweise können die speziellen Charakteristiken der Magergrenzen-Verbrennungsdauertabelle von den hier ange gebenen variiert werden. Diese und sämtliche anderen Varia tionen, die grundlegend auf die vorstehend beschriebenen Lehren zurückgehen, liegen im Rahmen der Erfindung.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung des Betriebes eines Innen verbrennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff-Ver hältnissen, gekennzeichnet durch
eine Brennstoffregeleinrichtung zur Erzeugung eines Brennstoffeinspritzerbetätigungssignals,
eine Innenzylinderdruck-Sensoreinrichtung (12), die mit jedem Zylinder des Motors gekoppelt ist, zur Messung des Innenzylinderdrucks und zur Er zeugung eines Outputsignals als eine Funktion eines derartigen Innenzylinderdrucks,
eine Luftströmungsanzeigeeinrichtung (14) zur Erzeugung eines die Luftströmung in den Motor anzeigenden Signals und
eine Kompensationseinrichtung, die mit der Innen zylinderdruck-Sensoreinrichtung und der Luft strömungsanzeigeeinrichtung gekoppelt ist, um den auf den Motor als eine Funktion von Luft strömung und Innenzylinderdruck aufgegebenen Brennstoff-Luft-Befehl zu modifizieren, und mit der Brennstoffregeleinrichtung zur Aufgabe ei nes Brennstoffbefehlsignals an die Brennstoff regeleinrichtung gekoppelt ist, wodurch ein Mo torbetrieb bei der mageren Luft-Brennstoff-Ver hältnisgrenze ermöglicht wird.

2. Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Innen verbrennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff- Verhältnissen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kompensationseinrichtung
eine Recheneinrichtung (18) bezüglich der tat sächlichen Verbrennungszeitdauer zur Berechnung der tatsächlichen Verbrennungsdauer in den Zy lindern des Motors,
eine Verbrennungsdauertabelle (17) bei der Mager grenze, welche Inputs aufnimmt, die den Innen zylinderverbrennungsdruck und den Motor-rpm und das Motordrehmoment charakterisieren, wobei die Tabelle Motorregelinformationen speichert, die zur Erzeugung von Luft-Brennstoff-Verhältnisbe dingungen an der Magergrenze für jeden beliebi gen gewünschten Motor-rpm- und Drehmomentsbetriebs punkt geeignet sind und
eine Additionsschaltung (16) mit Inputs, die mit der Recheneinrichtung bezüglich der tatsächlichen Verbrennungszeitdauer und der Tabelle bezüglich der Verbrennungsdauer an der Magergrenze gekoppelt ist und ein sich ergebendes Fehlersignal als einen Output erzeugt,
aufweist.

3. Vorrichtung zur Regelung des Betriebs eines Innen verbrennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff- Verhältnissen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung
einen Rückkoppelungsregler (15) mit einem Input, der mit der Additionsschaltung (16) gekoppelt ist und ein Brennstoff-Luft-Befehlssignal als Output erzeugt und
eine Multiplizierfunktionseinrichtung (13), die mit der Lufströmungsanzeigeeinrichtung (14) und dem Rückkoppelungsregler (15) gekoppelt ist, so daß das tatsächliche Brennstoffbefehlssignal als eine Funktion der Outputs des Rückkoppelungsreg lers und der Luftströmungsanzeigeeinrichtung er zeugt wird,
aufweist.

4. Vorrichtung zur Regelung des Betriebs eines Innen verbrennungsmotors bei mageren Luft-Brennstoff-Ver hältnissen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kompensationseinrichtung
eine anpassungsfähige Algorithmuseinrichtung (19) mit einem Input, der mit der Innenzylinderdruck- Sensoreinrichtung (12) gekoppelt ist und einem Output, der mit der Verbrennungsdauertabelle (17) an der Magergrenze gekoppelt ist, um die in der Verbrennungsdauertabelle bei der Magergrenze ge speicherte Information anzupassen, wenn der Motor bei irgendeiner speziellen rpm- und Drehmoment- Bedingung während eines ausreichend langen Zeit raums betrieben wird, so daß die dynamischen Ef fekte der Änderungen im Motor-rpm und Drehmoment nicht signifikant sind,
aufweist.

5. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei ei nem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Brennstoffeinspritzsteuersignal auf die Brennstoffeinspritzer des Motors als eine Funk tion eines gespeicherten Schemas von Brennstoff befehlssignalen aufgegeben wird,
ein Rückkopplungssignal als eine Funktion des Innenzylinderdrucks des Motors erzeugt wird,
ein die Luftströmung in den Motor kennzeichnen des Signal erzeugt wird und
das Brennstoffeinspritzsteuersignal als eine Funktion des Rückkoppelungssignals und des Luft strömungssignals modifiziert wird.

6. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Erzeugung eines die Luftströmung in den Motor kennzeichnenden Signals die Stufe der Messung der Luftströmung ent hält.

7. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Erzeugung eines die Luftströmung in den Motor kennzeichnenden Signals die Stufe der Berechnung der Luftströmung enthält.

8. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung eines Rückkoppelungssignals
die tatsächliche Brennzeitdauer der Verbrennung in den Zylindern berechnet wird,
eine vorbestimmte Brenndauer bei der Magergrenze entsprechend den gespeicherten Motorbetriebs daten als eine Funktion von Motor-rpm und Dreh moment erzeugt wird und
die erzeugten und berechneten Zeitdauern ver glichen werden und ein Fehlersignal erzeugt wird.

9. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin das Fehlersig nal als eine Funktion des die Luftströmung kenn zeichnenden Signals modifiziert wird.

10. Verfahren zur Steuerung des Motorbetriebs bei einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die in der Verbrennungsdauertabelle bei der Magergrenze als eine Funktion des tatsächlich abgefühlten Innenzylin derverbrennungsdrucks gespeicherte Information an passungsfähig modifiziert wird.