DE3813219A1 - Verfahren und vorrichtung zur lambdaregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Lambdawertes des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoffgemisches mit Hilfe einer Lambdasonde zur Istwertmessung, bei der der Istwert beim Übergang vom fetten zum mageren Lambdabereich und umgekehrt Sprungverhalten aufweist.

Stand der Technik

Der Stand der Technik wird im folgenden anhand der Dia­ gramme der Fig. 1a und 1b erläutert.

Auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet werden in der Regel Zweipunkt-Regelverfahren mit PI-Charakteristik ein­ gesetzt, wobei ein Regelfaktor FR als Stellgröße ausgege­ ben wird, mit dem ein Vorsteuerwert für das Stellsignal einer Kraftstoffzumeßeinrichtung multipliziert wird. In der Regel ist die Kraftstoffzumeßeinrichtung eine Einspritzventilanordnung und die Vorsteuerwerte sind vorläufige Einspritzzeiten. Als Regelgröße wird der Lambda­ wert verwendet, dessen Istwert im Abgas der Brennkraft­ maschine durch eine Lambdasonde mit dem eingangs genannten Verhalten ermittelt wird. Der zu einem bestimmten Zeit­ punkt gemessene Lambda-Istwert ist einer Kraftstoff- Einspritzmenge zugeordnet, die zu einem um eine Totzeit T früher liegenden Zeitpunkt durch das Regelverfahren ein­ gestellt wurde. Aufgrund dieser Totzeit T kommt es zu einer Regelschwingung des Regelfaktors FR, die in Fig. 1a darge­ stellt ist. In ihr ist auch eine andere häufig angewandte Maßnahme ausgeführt, daß nämlich der P-Anteil in Richtung fett größer ist als derjenige in Richtung mager. Dies dient zum Einstellen eines mittleren Lambdawertes etwas kleiner (fetter) als 1, um den optimalen Arbeitspunkt des normaler­ weise verwendeten Drei-Wege-Katalysators erreichen. Details hierzu sind z. B. in der DE-A1 25 45 759, entsprechend US-Patent 42 10 106, beschrieben.

Es ist bekannt, daß die Sondenspannung US zeitweise mit höherer Frequenz um eine Referenzspannung UREF schwankt, als sie aus der Regelschwingungsperiode ableitbar ist. Diese Schwingung höherer Frequenz entsteht z. B. durch Streuungen in der Luftzahl unterschiedlicher Luftvolumina oder unterschiedlicher Verbrennung. Derartige Effekte wer­ den öfters unter dem Sammelbegriff "chemical noise" zusam­ mengefaßt. Es ist zu beachten, daß die Effekte in gewissen Drehzahl- und Lastbereichen, die motorabhängig sind, beson­ ders ausgeprägt sind.

Im Diagramm gemäß Fig. 1a ist angenommen, daß der Regel­ faktor FR aufgrund der durch die normalen Regelschwingungen hervorgerufenen Schwankungen im Lambda-Istwert mit einer Amplitude von etwa 4% Abweichung von seinem mittleren, knapp unterhalb von 1 liegenden Mittelwert schwankt. Weiter ist angenommen, daß dynamische Effekte zu einer Lambda­ wertschwankung von etwa 1% führen. Dies bedeutet, daß dann, wenn sich der Multiplikationsfaktor FR während seiner Regelschwingungen gerade in Bereich zwischen etwa 0,99 und 1,01 befindet, der Einfluß der dynamischen Effekte auf die Lambdawertmessung den Einfluß der Regelschwingung überwie­ gen können, daß es also zu einem Schwingen der Sondenspan­ nung US mit erhöhter Frequenz kommen kann. Die Zeitspanne, innerhalb der der Regelfaktor FR bei ordnungsgemäßem Schwing­ verhalten der Regeleinrichtung die Spanne zwischen 1,01 und 0,99 durchläuft, ist in Fig. 1a mit TI gekennzeichnet. Es ist angenommen, daß es in der zweiten Hälfte der zweiten Regelschwingung in Fig. 1a zu dynamischem Verhalten des Lambdawertes kommt, z. B. weil die Drehzahl in einen dafür kritischen Bereich eingetreten ist. Dynamisches Verhalten des Lambdawertes auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine während der Zeitspanne TI wird an der Lambdasonde um die Totzeit T verzögert beobachtet, wie in Fig. 1b ganz rechts eingezeichnet, wo erkennbar ist, wie die Sondenspannung US mit relativ hoher Frequenz um die Referenzspannung UREF schwingt. Diese Schwingung führt mit jedem Durchgang der Sondenspannung durch den Wert der Referenzspannung UREF zu einem Wechsel in der Arbeitsrichtung des Regelverfahrens, wie in Fig. 1a ganz rechts dargestellt. Weil, wie weiter oben erläutert, der P-Anteil in Richtung fett höher ist als der P-Anteil in Richtung mager, führen die dauernden Wechsel zu einem schnellen Ansteigen des Regelfaktors FR in Richtung fett.

Das soeben genannte schnelle Ansteigen des Regelfaktors FR wird z. B. bei der Lambdaregelvorrichtung MOTRONIC (Waren­ zeichen der Anmelderin) dadurch verhindert, daß die Zeit­ spanne zwischen zwei Durchläufen der Sondenspannung US durch die Referenzspannung UREF kontrolliert wird. Sobald diese Zeitspanne eine Schwelle unterschreitet, z. B. die drehzahlabhängige Totzeit T, wird angenommen, daß die ge­ nannten dynamischen Effekte wirksam sind. Es wird dann der P-Anteil für beide Regelrichtungen auf denjenigen Wert fest­ gesetzt, der bei ordnungsgemäßem Betrieb nur für die Rich­ tung fett gilt. Dadurch ändert sich zwar der Regelfaktor FR nicht mehr schnell in eine Richtung, jedoch kommt es zu einer unkontrollierbaren Drift dieses Faktors, da die Re­ ferenzspannung UREF nicht aufgrund des I-Anteils im Regel­ faktor, sondern aufgrund von dessen P-Anteil durchlaufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln des Lambdawertes des einer Brennkraftmaschine zuzu­ führenden Luft/Kraftstoffgemisches anzugeben, das auch im Fall des Vorliegens von Zylinderstreuungseffekten ohne Drift arbeitet. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrun­ de, eine Vorrichtung zum Ausüben eines solches Verfahrens anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 5 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Aus­ gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß sich nicht mit jedem Durchlauf der Sondenspannung US durch die Referenzspannung UREF die Regelrichtung umdreht, wie die bekannten Verfahren, sondern daß es dies nur dann tut, wenn zuvor eine Schwellspannung "fett" oder "mager" überschritten wurde. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die durch Zylinderstreuungen hervorgerufenen Schwingungen der Sondenspannung US geringere Amplitude und kürzere Periodendauer aufweisen als diejenigen Schwingungen, die beim Regeln an einer Regelstrecke mit Totzeit beim Verwenden eines Zweipunktreglers mit PI-Charakteristik grundsätzlich auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren merkt sich das Durchlaufen der Sondenspannung US durch eine der beiden genannten Schwellspannungen, z. B. die Schwellspannung "fett". Be­ wegt sich danach die Sondenspannung wieder auf die Refe­ renzspannung UREF zu und durchläuft diese, wird, wie bei bisherigen Verfahren, die Regelrichtung umgedreht. Zugleich wird jedoch dasjenige Mittel rückgesetzt, das sich den Durchlauf durch die Schwellspannung merkte. Dies hat zur Folge, daß die Regelrichtung nicht mehr dauernd umgedreht wird, wenn die Sondenspannung anschließend um die Referenz­ spannung schwingt, ohne zuvor wieder eine der Schwellspan­ nungen erreicht zu haben. Erst wenn dies der Fall war, also z. B. die Schwellspannung "mager" erreicht wurde und dann wieder die Referenzspannung erreicht wurde, wird die Regel­ richtung erneut umgedreht.

Das Erreichen einer der Schwellspannungen bewirkt somit ein Aktivieren für das Umdrehen der Regelrichtung, jedoch noch kein Auslösen eines solchen Umdrehens. Das Auslösen erfolgt erst bei Erreichen der Referenzspannung bei zuvor erfolgtem Aktivieren. Um das erfindungsgemäße Verfahren ausüben zu können, weist eine dazu geeignete Vorrichtung ein Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung mager, ein Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager, ein Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung fett und ein Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung fett auf. Diese Mittel können durch herkömmliche Bauteile, wie Komparatoren, Flip-Flops und logische Verknüpfungsglieder gebildet sein, werden jedoch vorzugsweise gemäß der derzeit üblichen Tech­ nologie durch Teile eines Programmes gebildet, z. B. durch Flaggen, die bei Eintritt der genannten Bedingungen jeweils gesetzt oder rückgesetzt werden. Die verschiedenen Mittel können dabei unterschiedliche Zustände eines solchen Flag sein, z. B. kann das Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager dem gesetzten Zustand eines Flag, das Mit­ tel zum Auslösen der Regelung in Richtung fett dagegen dem rückgesetzten Zustand desselben Flag entsprechen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Regelrich­ tung auch dann festgelegt, wenn die Sondenspannung von der Referenzspannung herkommend eine der Schwellspannungen er­ reicht. Dieses Festlegen ist dann ohne Bedeutung, wenn die Regelrichtung bereits beim ersten Durchlaufen der Referenz­ spannung nach zuvor erfolgtem Durchlaufen einer der Schwell­ spannungen erfolgte. Die Weiterbildung wirkt sich aber dann aus, wenn der Lambdawert z. B. aufgrund einer Änderung des Betriebszustandes nicht mehr dauernd zwischen "fett" und "mager" schwankt, unter Umständen mit überlagerten Zylinder­ steuungsschwingungen, sondern wenn z. B. ausgehend vom Zu­ stand "fett" nur die Referenzspannung nicht aber wieder die Schwellspannung "mager", sondern stattdessen wieder die Schwellspannung "fett" erreicht wird. In diesem Sonderfall würde bei der Grundform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Regelrichtung nicht wieder in Richtung abmagern umge­ dreht werden. Entsprechend wie im eben genannten Sonder­ fall wirkt sich die Weiterbildung auch im Sonderfall des Startens des Verfahrens positiv aus, wenn nämlich dieses Starten von unvorhergesehenen Zuständen aus erfolgt. Es ist dann auf jeden Fall sichergestellt, daß dann, wenn die Schwellspannung "fett" überschritten ist, ein Regeln in Richtung mager, und dann, wenn die Schwellspannung "mager" unterschritten ist, ein Regeln in Richtung fett stattfindet.

Damit es zu möglichst wenigen Fehlfunktionen des Verfahrens kommt, ist es von Vorteil, die Schwellspannungen "fett" und "mager" möglichst weit von der Referenzspannung weg möglichst dicht an das Fett-Niveau bzw. das Mager-Niveau der Sondenspannung zu legen, also an diejenigen Werte der Sondenspannung, die beim Vorliegen normaler Regelschwin­ gungen ohne Zylinderstreuung erreicht werden. Diese Be­ dingung ist jedoch dann nicht einzuhalten, wenn die Sonden­ spannung mit einer solchen Mittelungszeit gemittelt wird, daß sie während der höherfrequenten Schwingungen, wie sie durch Zylinderstreuungen verursacht sind, die Schwellspan­ nungen nicht erreichen kann. In diesem Fall können auch diejenigen Spannungen als Schwellspannungen verwendet wer­ den, wie sie benutzt werden, um Sondenbereitschaft zu er­ kennen (DE-A1 33 19 432 entsprechend US-Patent 45 28 957).

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand von durch Fig. 2 und 3 veranschaulichten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. 1a und 1b wurden bereits weiter oben beim Stand der Technik beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b zeitsynchronisierte Diagramme betreffend den zeitlichen Verlauf von Regelfaktor FR bzw. Sondenspannung US für ein herkömmliches Verfahren;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die mit Schwellspannungen zum Aktivieren der Regelungsrichtung arbeiten; und

Fig. 3a und 3b zeitsynchronisierte Diagramme betreffend den jeweiligen zeitlichen Verlauf von Sondenspan­ nung US bzw. Regelfaktor FR für ein Verfahren und eine Vorrichtung die gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 2 arbeiten.

Bevor auf das Flußdiagramm von Fig. 2 eingegangen wird, seien zunächst die Koordinaten der Diagramme der Fig. 3a und 3b näher erläutert. In Fig. 3a ist der Verlauf der Son­ denspannung US einer istwertmessenden Lambdasonde über der Zeit aufgetragen. Es sind fünf verschiedene Spannungsniveaus besonders eingezeichnet, nämlich das Fettniveau UNF, die Schwellspannung "fett" UF, die Referenzspannung UREF, die Schwellspannung "mager" UM und das Magerniveau UNM. Die Bedeutung der Niveauspannungen wurde bereits weiter oben erläutert. Die Magerniveauspannung UNF beträgt z. B. etwa 900 mV und die Magerniveauspannung etwa 50 mV. Die Schwell­ spannung UF liegt bei z. B. etwa 800 mV, die Referenzspan­ nung UREF bei etwa 500 mV und die Schwellspannung UM bei etwa 150 mV. Statt Spannungen könnten auch Lambdawerte auf­ getragen sein, jedoch ist es üblicher, die von einer Lambda­ sonde gemessenen Spannungen direkt zur Regelung ohne vor­ herige Umrechnung in den jeweils zugehörigen Lambdawert zu verwenden.

In Fig. 3b ist der Wert des Regelfaktors FR über der Zeit aufgetragen. Dieser Faktor schwingt um den Mittelwert 1. Werte oberhalb von 1 bedeuten eine Verlängerung der Ein­ spritzzeit, also eine Anfettung des Luft/Kraftstoffgemi­ sches, während Werte unterhalb von 1 eine Abmagerung bedeu­ ten. Aus dem Zusammenhang zwischen den Fig. 3a und 3b wird erkennbar, daß der Regelfaktor FR dann für ein Anfetten sorgt, wenn die Sondenspannung ein mageres Gemisch anzeigt und umgekehrt.

Im Flußdiagramm gemäß Fig. 2 wird nach dem Start des Ver­ fahrens zunächst eine Markierung "A" erreicht. An diese Stelle kehrt die im folgenden beschriebene Programmschleife nach ihrer Abarbeitung jeweils zurück, was dadurch erkenn­ bar ist, daß das Flußdiagramm ganz unten ebenfalls mit Mar­ kierungen "A" endet. Im ersten Verfahrensschritt s 1 der Schleife wird der jeweils vorliegende Wert der Sondenspan­ nung US gelesen. Daraufhin wird eine Anzahl von Unterpro­ grammen abgearbeitet, die im Flußdiagramm in einem einzi­ gen Verfahrensschritt s 2 zusammengefaßt sind. In diesen Unterprogrammen wird z. B. überprüft, ob die Lambdasonde nach einem Kaltstart bereits betriebsbereit ist und das dann folgende Regelprogramm bereits ausgeführt werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird direkt zur Markierung "A" zu­ rückgekehrt. Der gesamte Programmablauf kann aber auch ab­ gebrochen werden, z. B. wenn festgestellt wird, daß die Sonde fehlerhaft arbeitet oder daß Sonderbedingungen vor­ liegen, z. B. Schubbedingung oder daß Beschleunigungsan­ reicherung vorhanden ist. Wird aber festgestellt, daß die Sonde funktionsfähig und betriebswarm ist und keine Sonder­ bedingungen vorliegen, beginnt mit einem Schritt s 3 das eigentliche Regelverfahren.

Im Schritt s 3 wird überprüft, ob die Sondenspannung US grös­ ser ist als die Schwellspannung UF. Es sei angenommen, das System schwinge gerade in dem in Fig. 3a ganz rechts einge­ zeichneten Zustand. Dann ist die genannte Bedingung erfüllt. In einem Schritt s 4 wird daraufhin eine Flag AKF gesetzt, die eine Regelung in Richtung fett aktiviert, jedoch noch nicht auslöst. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich an den genannten Schritt s 4 ein Schritt s 5 an, der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist und erst weiter unten erläutert wird. Ohne diesen vorteilhaften Schritt s 5 fährt das Verfahren zu einem Schritt s 6 fort, in dem geprüft wird, ob eine Flag M gesetzt ist, die im gesetzten Fall anzeigt, daß in Richtung mager geregelt werden soll. Es sei ange­ nommen, daß die Flag M in einem Initialisierungsprozeß tatsächlich gesetzt ist. Diese Maßnahme ist vernünftig, da die Sonde beim Erreichen ihrer Betriebsbereitschaft in der Regel fettes Gemisch anzeigt, also einen Wert, der ein Abmagern zur Folge haben muß. Da, wie erwähnt, die Flag M gesetzt ist, wird im folgenden Schritt s 7 der Re­ gelfaktor FR verkleinert, also weiter abgemagert. Danach kehrt das Verfahren wieder zur Markierung "A" zurück.

Nun sei angenommen, daß beim Ausführen des Schrittes s 1 die Sondenspannung US bereits unter die Schwellspannung UF ge­ fallen sei, jedoch noch höher sei als die Referenzspannung UREF. Der Schritt s 2 werde wieder ungehindert durchlaufen, was auch für weiter unten beschriebene Abläufe gelten soll, weswegen dieser Schritt nicht mehr weiter erwähnt wird. Im Schritt s 3 wird nun also festgestellt, daß die Sondenspan­ nung US nicht mehr größer ist als die Schwellspannung UF. In dem auf diese verneinende Anwort folgenden Schritt s 8 wird überprüft, ob die Sondenspannung US kleiner ist als die Schwellspannung UM. Auch dies ist nicht der Fall. Es folgt dann ein Schritt s 9, in dem überprüft wird, ob die Sondenspannung US größer ist als die Referenzspannung UREF. Dies ist der Fall, und es folgt ein Schritt s 10, in dem ge­ prüft wird, ob eine Flagge AKM gesetzt ist, die das Unter­ schreiten der Schwellspannung UM anzeigt. Die Flag AKM sei im Initialisierungsprozeß aus dem oben genannten Grund des zunächst vorliegenden Signales für ein fettes Gemisch auf den Wert 0 gesetzt. Dies hat gemäß dem Flußdiagramm zur Folge, daß sich an den Schritt s 10 die bereits genannten Schritte s 6 und s 7 anschließen, also unverändert abgemagert wird. Das Verfahren kehrt wieder zur Markierung "A" zurück.

Die nun im Schritt s 1 eingelesene Sondenspannung US sei kleiner als die Referenzspannung UREF. Dies hat zur Folge, daß im Entscheidungsschritt s 9 die Antwort nun "n" ist, woraufhin sich ein Schritt s 11 anschließt, in dem überprüft wird, ob die Flag AKF gesetzt ist. Dies ist der Fall, was gemäß dem Flußdiagramm einen Schritt s 12 auslöst, in dem die genannte Flag rückgesetzt wird. In anschließenden Schritten s 13 und s 14 wird eine Flag F gesetzt bzw. die Flag M rückgesetzt. Die Flag F zeigt an, daß angefettet werden soll, also der Regelfaktor FR erhöht werden soll. Es folgt der bereits bekannte Schritt s 6 der Abfrage der Flag M, welche Abfrage wegen des soeben erfolgten Rück­ setzens nun mit "n" zu beantworten ist. Es folgt ein Schritt s 15, in dem überprüft wird, ob die Flag F gesetzt ist. Da dies der Fall ist, wird in einem Schritt s 16 der Regelfaktor FR erhöht, also angefettet. Dann kehrt das Verfahren zur Markierung "A" zurück.

Im nächsten Einleseschritt s 1 sei die Sondenspannung US unter den Wert der Schwellspannung UM gefallen. Die Frage in Schritt s 8 ist nun also mit "j" zu beantworten. Dies hat das Setzen einer Flag AKM in einem Schritt s 17 zur Folge. Die gesetzte Flag AKM zeigt an, daß die Regelrich­ tung "Abmagern" aktiviert ist. Bei der bereits weiter oben angedeuteten vorteilhaften Weiterbildung schließt sich ein Schritt s 18 an, der weiter unten näher erläutert wird. Ohne diesen Schritt s 18 folgt auf den Schritt s 17 direkt der bekannte Schritt s 6 des Überprüfens der Flag M. Da die Flag M nicht gesetzt ist, folgen, wie im vorigen Absatz beschrieben, unverändert die Schritte s 15 und s 16, es wird also weiter angefettet. Danach kehrt das Verfahren zur Mar­ kierung "A" zurück.

Beim nächsten betrachteten Verfahrensablauf habe die Son­ denspannung US wieder einen Wert größer als die Schwell­ spannung UM, jedoch noch nicht die Referenzspannung UREF wieder erreicht. Das Verfahren läuft somit bis zum Schritt s 9 und stellt dort fest, daß die Sondenspannung noch unter der Referenzspannung liegt, beantwortet also die Frage von Schritt s 9 mit "n". In Schritt s 11 wird überprüft, ob die Flag AKF gesetzt ist. Da diese in Schritt s 12 rückgesetzt wurde, ist die Frage mit "n" zu beantworten, was den in den vorigen beiden Absätzen beschriebenen Ablauf der Schritte s 6, s 15 und s 16 unverändert zur Folge hat. Es wird also weiter angefettet, und das Verfahren kehrt zur Markierung "A" zurück.

Beim nächsten betrachteten Lesen der Sondenspannung US im Schritt s 1 sei diese Spannung größer als die Referenzspan­ nung UREF. Die Antwort im Schritt s 9 ist daher "j" und es folgt der bereits beschriebene Schritt s 10 des Überprüfens der Flag AKM. Da diese im Schritt s 17 gesetzt wurde, ist die Frage nun mit "j" zu beantworten. Dies hat in einem folgenden Schritt s 19 das Rücksetzen der Flag AKM zur Folge und in anschließenden Schritten s 20 und s 21 wird die Flag M gesetzt und die Flag F rückgesetzt. Im dann folgenden Schritt s 6 wird wieder, wie ganz zu Beginn des beschrie­ benen Ablaufes festgestellt, daß die Flag M gesetzt ist, was den Schritt s 7, also das Verkleinern des Regelfaktors FR und damit ein Abmagern zur Folge hat. Das Verfahren kehrt zur Markierung "A" zurück.

Wenn in einem nächsten betrachteten Verfahrensablauf die Sondenspannung US wieder größer ist als die Schwellspan­ nung UF, wiederholen sich die oben beschriebenen Abläufe.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Flag M im Schritt s 20 nur gesetzt wird, wenn zuvor im Schritt s 10 die Bedingung einer gesetzten Flag AKM erfüllt war. Ent­ sprechend wird die Flag F im Schritt s 13 nur gesetzt, wenn im Schritt s 11 die Bedingung einer gesetzten Flag AKF er­ füllt war. Dies und die Funktion von Schritt s 9 zeigt, daß die Regelrichtung nur dann geändert ist, wenn die Referenz­ spannung überschritten wird und die zur neuen Regelrichtung zugehörige Flag zuvor aktiviert worden war. Mit dem ersten Überschreiten der Referenzspannung wird die zugehörige Flag rückgesetzt und erst mit dem neuen Erreichen derjenigen Schwellspannung, durch die sie gesetzt wurde, wieder ge­ setzt. Dies hat zur Folge, daß Schwingungen der Sondenspan­ nung US um die Referenzspannung UREF, wie sie in Fig. 3a in der Mitte und rechts eingezeichnet sind, kein dauerndes Umschalten der Regelrichtung zur Folge haben. Mit dem be­ schriebenen Grundprinzip wird somit das im Stand der Tech­ nik vorhandene Problem des undefinierten Regelverhaltens beim Auftreten von höherfrequenten Schwingungen der Sonden­ spannung aufgrund von Zylinderstreuungen vermieden. Bei der Grundausführungsform des Verfahrens kommt es jedoch zu Schwierigkeiten, wenn die Sondenspannung US nicht abwech­ selnd die beiden Schwellspannungen UF und UM durchläuft, sondern wenn z. B. nach dem Absinken von der Schwellspan­ nung UF die Schwellspannung UM nicht mehr erreicht wird, sondern die Sondenspannung US wieder über die Schwellspan­ nung UF steigt, wie in Fig. 3a ganz rechts eingezeichnet. Dies hat bei der Ausführungsform keinen Wechsel der noch laufenden Anfettung in eine Abmagerung zur Folge, da das Flag AKM zur Aktivierung der Regelung in Richtung mager noch nicht gesetzt werden konnte. Es würde dann solange weiter angefettet werden, bis in einem der Unterprogramme in Schritt s 2 auf einen Fehler der Regelung geschlossen werden würde und das Verfahren neu mit einem Abmagerungs­ schritt gestartet werden würde.

Um auch in dem soeben beschriebenen Sonderfall ein schnel­ les Regelverhalten zu gewährleisten, sind gemäß einer vor­ teilhaften Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens die bereits erwähnten Schritte s 5 und s 18 vorhanden. In Schritt s 5 wird das Flag M und in Schritt s 18 das Flag F gesetzt. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Schwellspannung UF über­ schritten wird, auf jeden Fall abgemagert wird, und dann, wenn die Schwellspannung UM unterschritten wird, auf jeden Fall angefettet wird. Die Flag M und die Flag F werden also nicht nur beim ersten Überschreiten der Referenzspannung UREF nach zuvor erfolgtem Durchlauf durch eine Schwell­ spannung gesetzt, sondern auch beim Durchlaufen durch eine Schwellspannung selbst. Wurden sie bereits durch die zuvor genannte Bedingung gesetzt, bleibt das erneute Setzen ohne Einfluß. Tritt jedoch der im vorigen Absatz genannte und in Fig. 3a ganz rechts dargestellte Fall ein, erfolgt das Setzen nur durch das Durchlaufen der Schwellspannung. Die genannte Maßnahme hat auch zur Folge, daß das Verfahren auch nach einem Kaltstart immer in Richtung auf den ge­ wünschten Lambdawert arbeitet, unabhängig von irgendwelchen Initialisierungsbedingungen.

Wie oben erläutert, stellt die Flag AKM ein Mittel zum Ak­ tivieren der Regelung in Richtung mager dar, die Flag M ein Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager, die Flag AKF ein Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung fett und die Flag F ein Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung fett. Die gewünschten Vorgänge treten jeweils bei gesetztem Zustand des Flag auf. Nun ist jedoch erkenn­ bar, daß das Flag M immer gesetzt ist, wenn das Flag F rückgesetzt ist, und umgekehrt. Als Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager bzw. fett können also z. B. auch die beiden unterschiedlichen Zustände eines Flag ge­ nutzt werden. Entsprechend kann der dargestellte Verfahrens ablauf so modifiziert werden, daß das Flag AKF immer ge­ setzt ist, wenn das Flag AKM rückgesetzt ist, und umgekehrt. Dann können die Mittel zum Aktivieren der Regelung in Rich­ tung mager bzw. fett ebenfalls durch die beiden unterschied­ lichen Zustände eines einzigen Flag realisiert sein. Die genannten Mittel können jedoch auch diskrete Bauteile, z. B. Flip-Flops. sein.

Im Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die Sondenspannung US in allen drei Vergleichsschritten s 3, s 8 und s 9 in gleicher Form verwendet wird. Sie kann jedoch z. B. zum Vergleich mit der Referenzspannung UREF im Schritt s 9 direkt, zum Vergleich mit den Schwellspannungen in den Schritten s 3 und s 8 dagegen in gemittelter Form verwendet werden. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß es auch bei ge­ ringen Drehzahlen und gleichzeitigem Verwenden einer Lambda­ sonde geringer Trägheit gewährleistet ist, daß die gemittel­ te Sondenspannung während ihrer Schwingungen aufgrund von Zylinderstreuungseffekten in ihrer Amplitude deutlich unter dem Fett-Niveau UNF bzw. dem Mager-Niveau UNM bleibt, also denjenigen Amplituden, die während Regelschwingungen ohne Zylinderstreuungseffekte erreicht werden. Die Mittelungs­ zeit wird so bemessen, daß die Sondenspannung während Zy­ linderstreuungszeitabschnitten auch bei ungünstigen Bedin­ gungen die Schwellspannungen nicht erreicht.

Wird eine ausreichend träge Lambda-Sonde verwendet, oder ist es im Bereich geringer Drehzahl unbeachtlich, wenn Zylinderstreuungseffekte zu driftenden Regelschwingungen führen, kann auf die zusätzliche Mittelung verzichtet wer­ den. In weiterer Abwandlung ist es möglich, auch im Schritt s 9 des Vergleichs mit der Referenzspannung UREF das gemit­ telte Sondensignal zu verwenden. Dies, weil die Schwingungs­ zeiten während Zylinderstreuungsabschnitten um einiges kür­ zer sind als die von Regelschwingungen ohne Zylinderstreu­ ungen, z. B. nur 1/10 bis 1/5 der letztgenannten Zeiten.

Zum Erläutern der Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde davon ausge­ gangen, daß Zylinderstreuungseffekte zu Streuungen von etwa 1% im Lambdawert bezogen auf unterschiedliche Zylinder führen. Das Ausmaß der Streuungen hängt jedoch stark vom Aufbau einer Brennkraftmaschine und der jeweiligen Drehzahl ab. Bei besonders kritischen Drehzahlen können die Streu­ ungen deutlich über 1% liegen. Dies führt beim erfindungs­ gemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung allenfalls zu größeren Regelschwingungen, jedoch nicht zu dauerndem Umschalten der Regelrichtung und der damit ver­ bundenen unkontrollierbaren Drift der Stellgröße.

Beim Ausführungsbeispiel wurde von festen Schwellspannungen UF und UM ausgegangen. Es ist jedoch auch möglich, Schwell­ spannungen, oder andere Schwellwerte, z. B. Lambdaschwell­ werte, adressierbar über Werte von Betriebsgrößen in einem Schwellwertspeicher zu speichern. Bei hohen Drehzahlen können dann wegen der festliegenden Signalverarbeitungs­ trägheiten geringere Schwellwerte verwendet werden als bei niedrigeren Drehzahlen. Dies gewährleistet, daß die Schwell­ werte ausreichend weit vom Fett-Niveau UNF bzw. vom Mager- Niveau UNM weggelegt werden können, so daß sie auch bei un­ günstigen Betriebsbedingungen sicher erreicht werden, wenn Regelschwingungen ohne überlagerte Zylinderstreuungseffekte vorliegen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Regeln des Lambdawertes des einer Brenn­ kraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoffgemisches mit Hilfe einer Lambdasonde zur Istwertmessung, bei der der Istwert beim Übergang vom fetten zum mageren Lambda­ bereich und umgekehrt Sprungverhalten aufweist, und bei dem der Durchgang des Istwertes durch einen Referenz­ wert zum Umschalten von Regeln in Richtung mager durch Verkleinern des Wertes einer Regelstellgröße auf Regeln in Richtung fett durch Vergrößern des Wertes der Regel­ stellgröße bzw. zum umgekehrten Umschalten benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das genannte Umschalten in Richtung fett beim Durch­ lauf des Istwertes (US) durch den Referenzwert (UREF) nur vorgenommen wird, wenn der Istwert zuvor mindestens auf einen Schwellwert "fett" (UF) gestiegen war, und
• - das genannte Umschalten in Richtung mager beim Durch­ lauf des Istwertes durch den Referenzwert nur vorge­ nommen wird, wenn der Istwert zuvor mindestens auf einen Schwellwert "mager" (UM) gefallen war.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Umschalten der Regelrichtung zusätz­ lich beim Durchlauf des Istwertes durch einen der beiden Schwellwerte vorgenommen wird, falls nicht bereits ausge­ führt, und zwar in Richtung mager dann, wenn der Istwert mindestens auf den Schwellwert "fett" steigt und in Rich­ tung fett, wenn der Istwert mindestens auf den Schwell­ wert "mager" fällt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte "fett" und "mager" möglichst weit vom Referenzwert entfernt liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, d adurch gekennzeichnet, daß der Istwert gemittelt wird, und zwar mit einer solchen Zeitkonstanten, daß der gemittel­ te Wert dann, wenn die Sondensignalwerte aufgrund von Zy­ linderstreuungen schnell zwischen hohen und niedrigen Wer­ ten schwanken, nicht die Schwellwerte "fett" bzw. "mager" erreichen, dagegen diese Schwellwerte erreichen, wenn die Werteänderungen im wesentlichen nur durch Stellgrößenän­ derungen bedingt sind.

5. Vorrichtung zum Regeln des Lambdawertes des einer Brenn­ kraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoffgemisches mit Hilfe einer Lambdasonde zur Istwertmessung, bei der der Ist­ wert beim Übergang vom fetten zum mageren Lambdabereich und umgekehrt Sprungverhalten aufweist, gekennzeichnet durch

• - ein Mittel (Flag AKM) zum Aktivieren der Regelung in Rich­ tung mager,
• - ein Mittel (Flag M) zum Auslösen der Regelung in Rich­ tung mager,
• - ein Mittel (Flag AKF) zum Aktivieren der Regelung in Rich­ tung fett, und
• - ein Mittel (Flag F) zum Auslösen der Regelung in Richtung fett, wobei
  • - das Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung mager gesetzt wird, wenn der Istwert einen Schwellwert "mager" erreicht und rückgesetzt wird, wenn das Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager gesetzt wird,
  • - das Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung mager gesetzt wird, wenn das Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung mager gesetzt ist und der Istwert (US) einen Referenzwert (UREF) durchläuft,
  • - das Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung fett gesetzt wird, wenn der Istwert einen Schwellwert "fett" (UF) erreicht, und rückgesetzt wird, wenn das Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung fett gesetzt wird und
  • - das Mittel zum Auslösen der Regelung in Richtung fett gesetzt wird, wenn das Mittel zum Aktivieren der Regelung in Richtung fett gesetzt ist und der Istwert den Referenzert durchläuft.