DE3802444A1 - Verfahren zur regelung des kraftstoff-luft-verhaeltnisses einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur regelung des kraftstoff-luft-verhaeltnisses einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung
des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Brennkraft
maschine, wobei die Ausgangsspannung einer Sauer
stoffmeßsonde, die im Abgaskanal der Brennkraftma
schine angeordnet ist, derart zur Regelung des Kraft
stoff-Luft-Verhältnisses herangezogen wird, daß auf
einen Umschlag der Ausgangsspannung der Sauerstoff
meßsonde ein von der Richtung des Umschlags abhängi
ger Sprung und danach eine im wesentlichen zeitkon
tinuierliche Änderung einer Stellgröße für das Kraft
stoff-Luft-Verhältnis erfolgt.
Bei den bekannten Verfahren zur Regelung des Kraft
stoff-Luft-Verhältnisses wird durch die zeitkontinu
ierliche Änderung der Stellgröße dasjenige Kraft
stoff-Luft-Verhältnis, welches zu einem Umschlag der
Sauerstoffmeßsonde führt, über- bzw. unterschritten,
da ein Umschlag der Sauerstoffmeßsonde erst nach der
Laufzeit des Gemischs bzw. der Abgase vom Einspritz
punkt bis zur Sauerstoffmeßsonde erfolgt. Dadurch
ergeben sich Abweichungen vom idealen stöchiometri
schen Verhältnis von Lambda = 1.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher,
eine genauere Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhält
nisses zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn
zeichnet, daß bei im wesentlichen stationären Be
triebsbedingungen die Zeitpunkte der Sprünge unab
hängig von den Umschlägen der Ausgangsspannung der
Sauerstoffmeßsonde derart festgelegt werden, daß die
Zeiten zwischen den Sprüngen kleiner als die Zeiten
zwischen vorangegangenen Umschlägen der Ausgangsspan
nung der Sauerstoffmeßsonde sind. Dieses führt vor
zugsweise zu kleineren Hüben des Kraftstoff-Luft-Ver
hältnisses.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für verschiedene
Kraftstoffeinspritzsysteme geeignet, wie beispiels
weise kontinuierlich oder intermittierend einsprit
zende Systeme mit zentraler oder zylinderweisen
Einspritzung. Dementsprechend kann die vom Regler
abgegebene Stellgröße die Einspritzdauer oder den
Druck des Kraftstoffes im Einspritzsystem steuern.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß während des Betriebs der Regelung
wiederholt geprüft wird, ob im wesentlichen statio
näre Betriebsbedingungen vorliegen, daß bei Erkennen
von im wesentlichen stationären Betriebsbedingungen
die Zeiten zwischen aufeinaderfolgenden Umschlägen
ermittelt werden und daß danach die Zeitpunkte der
Sprünge unabhängig von den dann auftretenden Umschlä
gen gesteuert werden. Diese Weiterbildung hat den
Vorteil, daß bei der Festlegung der Sprünge von den
jenigen Zeiten zwischen einigen Sondenumschlägen
ausgegangen wird, welche unmittelbar zuvor ermittelt
wurden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen,
daß Zeiten zwischen mehreren aufeinanderfolgenden
Umschlägen ermittelt werden und daß daraus der Mit
telwert gebildet wird. Hierdurch wird die Genauig
keit der ermittelten Zeiten erhöht.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor,
daß bei Auftreten eines Umschlags vor einer vorgege
benen Zeit der Steuerung wieder auf eine Regelung
des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses umgeschaltet wird.
Da ein Auftreten eines Umschlags vor dem festgeleg
ten Sprung auf eine Änderung der Betriebsbedingungen
des Motors schließen läßt, wird durch diese Weiter
bildung eine schnelle Anpassung an die erneuten
Betriebsbedingungen ermöglicht.
Ferner besteht eine Weiterbildung darin, daß nach
Ablauf einer vorgegebenen Zeit auf eine Regelung des
Kraftstoff-Luft-Verhältnisses umgeschaltet wird.
Diese Maßnahme verhindert, daß bei einem längeren im
wesentlichen stationären Betrieb sich die Stellgröße
nach und nach von der durch eine Regelung zu ermit
telnden Stellgröße entfernt.
Schließlich besteht eine andere Weiterbildung darin,
daß während der Zeit der Steuerung die Stellgröße
allmählich in die Richtung gesteuert wird, die der
Richtung des letzten Sprunges der Stellgröße vor dem
Beginn der Steuerung entspricht. Dadurch wird ver
mieden, daß während der Zeit der Steuerung die Stell
größe sich vom optimalen Lambda-Wert entfernt, ohne
daß dieses durch einen entsprechenden Sprung der
Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde korrigiert
werden kann.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand
mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be
schrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung eines Kraftstoffeinspritz
systems an einem Vier-Zylinder-Motor, welches
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens geeignet ist,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Steuergerätes des
Kraftstoffeinspritzsystems nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Teils des für den
Mikrocomputer vorgesehenen Programms,
Fig. 4 Zeitdiagramme verschiedener Größen zur
Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
Fig. 5 weitere Zeitdiagramme.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kraft
stoffeinspritzsystem ist jedem Zylinder des Motors
13 ein Einspritzventil 21, 22, 23, 24 zugeordnet.
Die Einspritzventile sind Teile eines Kraftstoff
kreislaufes, der in an sich bekannter Weise aus
einem Tank 1, einer elektrischen Kraftstoffpumpe 2,
einem Kraftstoffilter 3 und einem Druckregler 8 be
steht, von dem über eine Leitung 15 der überschüssi
ge Kraftstoff in den Tank 1 zurück befördert wird.
Die Verbrennungsluft erhält der Motor 13 von einem
nicht dargestellten Luftfilter über einen Luftmassen
messer 6, eine Drosselklappe 5 und den Ansaugkanal
9. In einem By-pass zur Drosselklappe 5 befindet
sich das Stellglied 4 eines Leerlaufreglers.
Im Abgaskanal 14 des Motors 13 ist eine Sauerstoff
meßsonde 11 angeordnet, deren elektrisches Ausgangs
signal in an sich bekannter Weise vom Sauerstoffan
teil der Abgase abhängt. Die Temperatur des Motors
13 wird von einem Temperatursensor 10 gemessen. Fer
ner sind am Motor 13 ein Drehzahlgeber 16, ein Kur
belwellenpositionsgeber 19 und ein Zündsignalgeber
20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die
Abgastemperatur.
Die Drosselklappenstellung wird von einem Geber 7
zusätzlich zu den Signalen der bereits aufgeführten
Sensoren dem Steuergerät 12 zugeführt, wobei außer
dem von einem Schalter 18 ein die Leerlaufstellung
kennzeichnendes Schaltsignal erzeugt wird. Steuerge
räte zur elektronischen Regelung der Kraftstoffein
spritzung sind an sich bekannt, so daß im Zusammen
hang mit der vorliegenden Erfindung lediglich eine
schematische Erläuterung eines solchen Steuergerätes
anhand von Fig. 2 erfolgt.
Im Steuergerät 12 ist ein Mikrocomputer 31 vorgese
hen, der nach einem festgelegten Programm die erfor
derlichen Funktionen steuert. Die analogen Größen
werden über einen Multiplexer 33 und einen Analog/
Digital-Wandler 32 zugeführt, während die impulsför
migen Eingangsgrößen bzw. binären Signale über
Schnittstellen 34 zum Mikrocomputer 31 gelangen.
Über die Schnittstelle wird auch ein Schaltsignal an
den Ausgang 56 ausgegeben. Ausgangsseitig ist der
Mikrocomputer 31 mit Leistungsstufen 35 verbunden,
dabei sind jeweils für ein Einspritzventil eine Lei
stungsstufe sowie eine Leistungsstufe zur Steuerung
eines nicht dargestellten Relais für die Kraftstoff
pumpe 2 (Fig. 1) und eine Leistungsstufe für den
Leerlaufsteller 4 vorgesehen. Zur Speicherung von
Daten auch bei abgeschaltetem Steuergerät ist ein
nichtflüchtiger Speicher 36, beispielsweise ein
NV-RAM, mit dem Mikrocomputer verbunden. Der Mikro
computer 31 selbst besteht in an sich bekannter
Weise aus verschiedenen nicht dargestellten Baugrup
pen wie einem Mikroprozessor, einem Bussystem, einem
Nur-Lese-Speicher für das Programm und Konstanten
und einem Schreib-Lese-Speicher für Variable.
Den Eingängen des Multiplexers 33 werden analoge Sig
nale vom Luftmassenmesser 6, vom Drosselklappenstel
lungsgeber (Drosselklappenpotentiometer) 7, vom Kühl
wasser-Temperatursensor 10, von der Sauerstoffmeß
sonde 11, vom Abgastemperatursensor 21 und die Bord
netzspannung von der Batterie 17 zugeführt. Die Ein
gänge der Schnittstellen 34 sind mit dem Drehzahlge
ber 16, mit dem Kurbelwellenpositionsgeber 19, mit
dem Zündsignalgeber 20 und mit dem Drosselklappen
schalter 18 verbunden.
Das Flußdiagramm gemäß Fig. 3 stellt einen Teil des
Programms für den Mikrocomputer 31 dar. Teile des
Programms, welche sich auf die an sich bekannte
Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und mög
licherweise andere Regelungs- und Überwachungsaufga
ben beziehen, sind nicht dargestellt. Der in Fig. 3
gezeigte Teil des Programms sieht zunächst eine
Verzweigung 41 vor, in Abhängigkeit davon, ob eine
Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses aktiv
ist. Ist dieses nicht der Fall - beispielsweise bei
noch nicht betriebsbereiter Sauerstoffmeßsonde -
wird auf eine Steuerung 42 umgeschaltet. Ist jedoch
die Regelung aktiv, so wird bei 43 geprüft, ob im
wesentlichen stationäre Betriebsbedingungen vorlie
gen. Dazu wird die zeitliche Änderung der Last und
der Drehzeit n gemessen und mit vorgegebenen Grenz
werten verglichen. Liegt kein im wesentlichen stati
onärer Betrieb vor, so wird bei 44 die übliche Rege
lung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durchgeführt.
Bei einem im wesentlichen stationären Betrieb wird
nach der Verzweigung 43 bei 45 ein Zähler z auf 0
gesetzt. Danach wird bei 46 die Laufzeit t 0 des Inte
grators gemessen und bei 47 der Zähler z inkremen
tiert. Dieses wird so lange wiederholt, bis der Zäh
ler z einen Sollwert zsoll erreicht. Nach der Ver
zweigung 48 wird im Programmteil 49 der Mittelwert
tm der bei 46 gemessenen Laufzeiten t 0 ermittelt.
Mit der darauffolgenden Verzweigung 50 wird eine
Warteschleife gebildet, welche eine Verzögerung des
Programmablaufs bis zum folgenden Sondenumschlag
bewirkt. Danach wird bei 51 ein Zeitzähler t 1 auf 0
gesetzt. Bei 52 wird dann ein P-Sprung und ein I-An
teil in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl n
einer Tabelle entnommen und mit einem Vorzeichen,
das entgegengesetzt zum Vorzeichen des vorangegange
nen Sondenumschlags ist, dem Ausgang des Steuergerä
tes zugeführt.
Bei 53 wird die Sollaufzeit bis zum folgenden Sprung
durch Differenzbildung zwischen der Laufzeit t 0 m und
einem aus einer weiteren Tabelle gelesenen Wert t 2
berechnet. Der Wert t 2 ist eine Funktion der Last
und der Drehzahl. Bei 54 wird die Zeit tist gemes
sen, welche seit dem vorangegangenen Sprung vergan
gen ist. Solange die Zeit tist noch kleiner als die
Sollaufzeit tsoll ist, wird die Messung der Zeit
tist nach der Verzweigung 55 wiederholt. Hat tist
den Wert von tsoll erreicht, so wird bei 56 der
P-Sprung und der I-Anteil der Stellgröße umgesteu
ert, das heißt ein P-Sprung und anschließend der
I-Anteil werden ausgegeben.
Bei 57 wird die Zeit tist, welche jeweils seit dem
bei 56 ausgegebenen Sprung vergangen ist, gemessen,
worauf sich bei 58 das Programm in Abhängigkeit
davon, ob ein Sondenumschlag vorliegt, verzweigt. Im
Falle eines Sondenumschlags wird auf die Regelung
bei 44 umgeschaltet. Wenn kein Sondenumschlag vor
liegt, wird bei 59 geprüft, ob noch stationäre
Betriebsbedingungen vorliegen. Ist dieses nicht der
Fall, so wird ebenfalls bei 44 die Regelung wieder
aufgenommen. Liegen noch stationäre Betriebsbedin
gungen vor, so wird bei 60 die Zeit tist mit der
Zeit tsoll verglichen und solange tist kleiner als
tsoll ist, das Programm bei 57 wiederholt.
Sobald tist den Wert von tsoll erreicht hat, wird
bei 61 der P-Sprung und der I-Anteil umgesteuert. Im
Anschluß daran wird bei 62 das Programm in Abhängig
keit davon verzweigt, ob der bei 51 gesetzte Zeit
zähler t 1 einen Sollwert t 1 soll erreicht hat. Solan
ge dieses nicht der Fall ist, erfolgt eine Wieder
holung des Programms bei 57. Wenn jedoch die vorgege
bene Zeit abgelaufen ist, wird das Programm bei 44
mit einer üblichen Regelung fortgesetzt.
Fig. 4 zeigt Zeitdiagramme der Stellgröße, also im
Falle eines Druckstellgliedes für das Einspritz
system den Strom IDS durch das Stellglied, und der
Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde. Bei dem
bekannten Regelsystem ergibt sich jeweils bei einem
Umschlag der Sonde ein Sprung der Stellgröße, an
welchen sich ein im wesentlichen zeitlinearer An
stieg bzw. Abfall der Stellgröße anschließt. Wegen
der oben erwähnten Laufzeit erfolgt jedoch der Son
denumschlag erst eine Zeit delta t nach dem Errei
chen des Wertes Lambda = 1. Während dieser Zeit
steigt der I-Anteil weiter an, was zu einer Entfer
nung des tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses
von dem Sollwert führt. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird nun während eines im wesentlichen
stationären Betriebszustandes der Sprung vorher
durchgeführt, so daß die Zeit, in welcher das Kraft
stoff-Luft-Verhätnis von Lambda = 1 abweicht,
möglichst zu null wird. Die aus einem Kennfeld ent
nommene Größe t 2 (Fig. 3, Bezugszeichen 53) ist
deshalb derart gewählt, daß sie möglichst der Zeit
delta t entspricht.
Fig. 5 zeigt die Stellgröße IDS und die Ausgangsspan
nung Ua der Sauerstoffmeßsonde in einem gegenüber
Fig. 4 veränderten Zeitmaßstab. Bis zum Zeitpunkt T 1
erfolgt eine übliche Regelung, wobei jeweils die Zei
ten t 0 gemessen werden. Bei dem dargestellten Bei
spiel werden nur die Zeiten gemessen, die auf einen
negativen Sprung folgen. Der vor dem Zeitpunkt T 1
vorliegende stationäre Betriebszustand hat eine
Weile angedauert, so daß zum Zeitpunkt T 1 von einer
Regelung auf eine Steuerung der Stellgröße IDS umge
schaltet wird. Dazu wird der Mittelwert der zuvor
ermittelten Zeiten t 0 gebildet und ein kleinerer
Zeitabschnitt zwischen jeweils zwei Sprüngen der
Stellgröße IDS festgelegt.
Außerdem wird bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel die Höhe der Sprünge verringert und
die Sprünge in positiver Richtung geringfügig größer
gewählt als die Sprünge in negativer Richtung.
Dadurch verläuft die Stellgröße IDS während der Zeit
der Steuerung in Richtung auf einen Sondenumschlag.
Es wird somit vermieden, daß während dieser Zeit
eine Entfernung von dem optimalen Lambda-Wert er
folgt, ohne daß eine Korrektur durch einen Sprung
der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde möglich
ist.
Bei einem Beginn der Steuerung mit einem negativen
Sprung der Stellgröße IDS wird die Höhe der negati
ven Sprünge gegenüber den positiven Sprüngen etwas
vergrößert, so daß dann die Stellgröße langsam in
die negative Richtung driftet. Insgesamt ergibt sich
während der Steuerung ein kleinerer Hub des Kraft
stoff-Luft-Verhältnisses als bei der Regelung, was
in Fig. 5 durch waagerechte strichpunktierte Linien
angedeutet ist. Spätestens nach der Zeit t 1 soll wird
wieder auf die Regelung umgeschaltet, was in Fig. 5
zum Zeitpunkt T 3 dargestellt ist. Tritt jedoch vor
dem Erreichen von T 3 ein Sprung der Spannung Ua auf,
wie es in Fig. 5 bei T 2 angedeutet ist, so wird
bereits dann die Regelung wieder aktiviert.
Claims (7)
1. Verfahren zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Ver
hältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei die Aus
gangsspannung einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgas
kanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, derart
zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses heran
gezogen wird, daß auf einen Umschlag der Ausgangs
spannung der Sauerstoffmeßsonde ein von der Richtung
des Umschlags abhängiger Sprung und danach eine im
wesentlichen zeitkontinuierliche Änderung einer
Stellgröße für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis er
folgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentli
chen stationären Betriebsbedingungen die Zeitpunkte
der Sprünge unabhängig von den Umschlägen der Aus
gangsspannung der Sauerstoffmeßsonde derart gesteu
ert werden, daß die Zeiten zwischen den Sprüngen
kleiner als die Zeiten zwischen vorangegangenen
Umschlägen der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeß
sonde sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ferner die Höhe der Sprünge kleiner als die
Höhe der durch die Umschläge der Ausgangsspannung
der Sauerstoffmeßsonde veranlaßten Sprünge ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes
der Regelung wiederholt geprüft wird, ob im wesent
lichen stationäre Betriebsbedingungen vorliegen, daß
bei Erkennen von im wesentlichen stationären
Betriebsbedingungen die Zeiten zwischen aufeinander
folgenden Umschlägen ermittelt werden und daß danach
die Zeitpunkte der Sprünge gesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß Zeiten zwischen
mehreren aufeinanderfolgenden Umschlägen ermittelt
werden und daß daraus der Mittelwert gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines
Umschlags vor einer vorgegebenen Zeit der Steuerung
wieder auf eine Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhält
nisses umgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit auf eine Regelung des Kraftstoff-
Luft-Verhältnisses umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit
der Steuerung die Stellgröße allmählich in die Rich
tung gesteuert wird, die der Richtung des letzten
Sprunges der Stellgröße vor dem Beginn der Steuerung
entspricht.
Priority Applications (2)
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Family Applications (1)
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