DE4019159C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mehrstoffmaschinensteuerung für
ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine solche Treibstoff
steuerung mit einer Einführungsvorrichtung, um ein Gemisch
aus Luft und einem aus zwei brennbaren Treibstoffen mit un
terschiedlichen Flüchtigkeiten bestehendes Gemisch zu den
Brennkammern der Maschine in einem vorbestimmten Luft/Treib
stoff-Verhältnis zu leiten. Ein derartiges Kraftfahrzeug ent
hält auch einen Treibstofftank und ist oft mit einem Treib
stoffdampf-Sammelbehälter versehen, der mit dem Treibstoff
tank in Verbindung steht, um daraus verdampften Treibstoff
dampf zu speichern.
Der Treibstoffdampf-Sammelbehälter wird während des Maschi
nenbetriebs durch eine Behälterablaßvorrichtung und eine ab
gelassen, die eine Dampfleitung zwischen dem Treibstoff
dampf-Sammelbehälter und der Maschineneinführvorrichtung zum
Steuern der Zufuhr von Treibstoffdämpfen drosselt. Der primä
re Zweck der Einführvorrichtung für solche Dämpfe in die Ma
schine ist darin begründet, daß, da das Luft/Treibstoff-Ver
hältnis des Inhalts des Treibstoffdampf-Sammelkanisters und
der von dem Treibstofftank kommenden Dämpfe ungesteuert ist,
die Einführrate begrenzt werden muß, um zu verhindern, daß
das vorbestimmte Luft/Treibstoff-Verhältnis beträchtlich
geändert wird, oder, falls eine Regelung benutzt wird, diese
vor Übersteuerung bewahrt wird. Eine typische Behältersteu
erung für eine mit Benzin betriebene Maschine ändert den
Öffnungsgrad der Drossel zwischen dem Treibstoffdampf-Sammel
behälter und der Maschine mit der Maschinendrehzahl, so daß
mehr Behälterdämpfe bei hohen Drehzahlen in die Maschine ein
gezogen werden können, um sich der größeren Treibstoff/Luft-
Strömung zu der Maschine mit einem gesteuerten Luft/Treib
stoff-Verhältnis anzupassen. Ein Ausführungsbeispiel dieser
bekannten Anordnung ist in US-PS 47 41 318 beschrieben.
Die Anwesenheit eines zweiten Treibstoffs wie Methanol, das
eine von der des Benzins unterschiedliche Flüchtigkeit be
sitzt, in dem Treibstoffgemisch macht die Situation kompli
zierter, da die Flüchtigkeit des Treibstoffgemisches sich
mit den Relativanteilen von Benzin und Methanol im Treib
stoff wie auch mit der Treibstofftemperatur in hohem Grad
ändern kann. Bezieht man sich auf die Treibstoffzusammenset
zung, so ist z.B. die Verdampfungsrate von Methanol einer be
stimmten Temperatur beträchtlich geringer als die von Benzin
bei einer bestimmten typischen Temperatur; jedoch kann die
Verdampfungsrate eines Gemischs der beiden Stoffe zumindest
bei einigen Anteilverhältnissen beträchtlich höher liegen
als die der beiden reinen Ausgangsstoffe.
Um den optimalen Behälterablaß bei sich ändernder Treibstoff
zusammensetzung aufrechtzuerhalten, wird die normal verwende
te Behälter-Ablaßssteuerung modifiziert in Abhängigkeit von
einem Treibstoffzusammensetzungs-Fühler, der ein die relati
ven Anteile der Treibstoffe im Treibstoffgemisch bezeichnen
des Signal erzeugt.
Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine erfindungsgemäße
Treibstoffsteuerung durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1.
Die Erfindung ergibt eine Treibstoffsteuerung für eine Ma
schine eines Kraftfahrzeuges mit einem Treibstofftank, der
ein Flüssigtreibstoffgemisch aus ersten und zweiten brennba
ren Treibstoffen enthält mit einer Flüchtigkeit, die sich
mit dem Relativanteil eines der beiden Treibstoffe ändert,
und einem Einführungsmittel, das dafür sorgt, daß Flüssig
treibstoffgemisch und Luft zu der Maschine in einem vorbe
stimmten Luft/Treibstoff-Verhältnis zugelassen werden. Die
Treibstoffsteuerung enthält weiter einen Treibstoffzusammen
setzungs-Fühler in einer Treibstoffleitung zwischen der Ma
schine und dem Treibstofftank, der auf einen physikalischen
Parameter des Treibstoffgemischs zur Erzeugung eines Treib
stoffzusammensetzungs-Signals anspricht, das die Relativan
teile des ersten und des zweiten Treibstoffes im Treibstoff
gemisch bezeichnet, ein Behältermittel in Fluidverbindung
mit Treibstoffdampf im Treibstofftank und zur Speicherung
von Treibstoffdampf von diesem wirksam, und Behälterablaßmit
tel zur Herstellung einer Fluidverbindung von dem Behälter
mittel zu dem Einführungsmittel zum Entfernen von Treibstoff
dampf aus dem Behältermittel zu der Maschine mit einer ge
steuerten Ablaßrate. Erfindungsgemäß spricht das Behälter
ablaßmittel auf das Treibstoffzusammensetzungssignal so an,
daß die Entleerungsrate in Abhängigkeit von der Treibstoffzu
sammensetzung geändert wird.
Bei einer Ausführung, bei der die Treibstoffe Benzin und Me
thanol sind, ändert das Behälterablaßmittel die Ablaßrate in
einem vorbestimmten Bereich der Treibstofftemperatur so, daß
bei Gemischen aus Benzin und Methanol mindestens in einigen
Anteilen eine größere Ablaßrate geschaffen wird als für
Benzin bzw. Methanol allein. Bei einer anderen Ausführung
verändert das Behälterablaßmittel die Ablaßrate weiter in
Abhängigkeit von der Treibstofftemperatur.
Es wird auf die gleichzeitig eingereichten, mit dieser
Anmeldung in Zusammenhang stehenden
Offenlegungsschriften DE 40 19 187 A1, DE 40 19 188 A1,
DE 40 19 189 A1, DE 40 19 161 A1 und DE 40 19 160 A1
verwiesen.
Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise anhand der
Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Treibstoff
steuerung,
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Steuerung zur Ver
wendung in dem Fahrzeug nach Fig. 1,
Fig. 3 bis 6 Fließdiagramme für den Betrieb der Steuerung
aus Fig. 2,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Dampfbildungsrate im
Treibstofftank eines Kraftfahrzeuges mit einem Treib
stoff, der ein Gemisch aus Benzin und Methanol ist,
und
Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Abwandlung der Treibstoffsteu
erung und des Betriebs nach vorangehenden Figuren.
Nach Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Verbrennungs
kraftmaschine 11 in einem Motorabteil 12 versehen, wobei die
Maschine 11 Treibstoff von einem Treibstofftank am anderen
Ende des Kraftfahrzeuges über eine Treibstoffleitung 15
erhält und überschüssigen Treibstoff durch eine Rückleitung
14 zum Treibstofftank 13 zurückführt. Die Treibstoffleitung
15 enthält einen Fühler 16 für die Treibstoffzusammenset
zung, der im Motorabteil 12 an einer Stelle in der Nähe der
Maschine 11 angeordnet ist. Der Fühler 16 für die Treibstoff
zusammensetzung erzeugt ein für die Relativanteile von Alko
hol und Benzin in dem durchströmenden Treibstoff bezeichnen
des Signal. Es sind verschiedene derartige Fühler bekannt,
doch ist der bevorzugte Fühler ein kapazitiver dielektri
scher Sensor, der die Dielektrizitätskonstante des Treib
stoffs mißt. Ein solcher Fühler ist insoweit als universal
anzusehen, als er ein Ausgangssignal für ein Gemisch mit ir
gendeinem Alkohol, wie Ethanol, Methanol usw. wie auch für
verschiedene Motortreibstoff-Additive ergibt. Ein Fühler,
der hier Verwendung finden kann, ist ein kapazitiver dielek
trischer Konstant-Treibstoffzusammensetzungsfühler, wie er
in der US-PS 49 15 084 beschrieben ist, eingereicht
am 7. 11. 1988 von Eugene V. Gonze, und dem Anmelder dieser An
meldung überschrieben. Ein normaler Treibstoffdampf-Sammelbe
hälter 17 ist über eine Dampfleitung 18 an dem Treibstoff
tank 13 angeschlossen, um Dampf von diesem aufzunehmen, und
mit hat eine weitere Dampfleitung 19, die zum Einführungssy
stem der Maschine 11 führt.
Der Betrieb der Maschine 11 wird durch eine (elektronische)
Steuerung 20 gesteuert, die in der gezeigten Weise hinten im
Motorabteil, aber auch an anderen geeigneten Stellen angeord
net sein kann. Die Steuerung 20 kann ein programmierter Digi
talcomputer sein, wie sie gegenwärtig für die Maschinensteu
erung in Kraftfahrzeugen benutzt werden. Diese Art von Steue
rungen ist gut bekannt und umfaßt einen Mikroprozessor, RAM-
und ROM-Speicher und die zugehörige Eingabe/Ausgabe-Verschal
tung, wobei ein entsprechendes Programm im ROM gespeichert
ist, um den Empfang von Eingangsinformation von verschiede
nen Fühlern, die Ausführung von Berechnungen und den Werte
aufruf sowie Ausgangsbefehle an verschiedene Stellglieder
der maschinenbezogenen Bestandteile zu koordinieren.
Die Steuerung 20 ist in Fig. 2 mit ihren verschiedenen Einga
be/Ausgabe-Verbindungen zu unterschiedlichen maschinenbezoge
nen Bestandteilen dargestellt. Die Steuerung 20 erhält Kraft
fahrzeug-Batteriespannung von einer Batterie 50 am Eingang
BAT und ist am Eingang GND mit Masse verbunden. Die Steue
rung 20 enthält selbstverständlich auch eine übliche Lei
stungsversorgungsschaltung (die hier nicht gezeigt ist), um
eine eigene geregelte Betriebsspannung aus der Abgabespan
nung der Batterie 50 von typischerweise 9 bis 16 V abzulei
ten, zu der ja tatsächlich die gesamte Leistungsversorgung
des Fahrzeuges gehört mit dem maschinengetriebenen Drehstrom
generator und Spannungsregler.
Die Steuerung 20 erhält ein IGN-Eingangssignal vom Zündschal
ter des Kraftfahrzeuges, das einen Wert bei geschlossenem
Zündschalter und einen anderen bei geöffnetem Zündschalter
besitzt. Sie kann ein Kühlmitteltemperatur-Eingangssignal
TCOOL von einem Kühlmitteltemperaturfühler 21, ein KNOCK-Ein
gangssignal von einem Klopffühler 22, ein Luftmassenströ
mungs-Eingangssignal MAF von einem Luftmassen-Strömungsfüh
ler 23, ein Motordrehzahlsignal RPM von einem Maschinendreh
zahlfühler 24, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal VSS vom
Fahrzeugtachofühler 25, ein Gaspedalstellungssignal TPS vom
Gaspedalfühler 26, ein Ansaug-Absolutdrucksignal MAP von
einem entsprechenden Fühler 27, ein Ansaug-Lufttemperatursig
nal MAT von einem Lufttemperaturfühler 28, ein Sauerstoff-
Fühler-Eingangssignal OXY von einem Abgas-Zusammensetzungs
fühler 29, ein Treibstoffzusammensetzungs-Eingangssignal ALC
vom Treibstoffzusammensetzungs-Fühler 16 und ein Treibstoff
temperatur-Eingangssignal FTS von einem Treibstofftempera
tur-Fühler 30 enthalten, die letztere in dem Einsatz des
Treibstoffzusammensetzungs-Fühlers 16 enthalten sind.
Weiter besitzt nach Fig. 2 die Steuerung 20 einen Ausgang
INJ1 zur gleichzeitigen Steuerung der Maschinen-Treibstoffin
jektoren 31 bis 33 und einen Ausgang INJ2 zur gleichzeitigen
Steuerung der Maschinen-Treibstoffinjektoren 34 bis 36.
Weiter ist ein Behälterablaßsteuerungs-Signalausgang CCP vor
handen, der das Einschaltverhältnis eines CCP-Magneten 37 im
Treibstoffdampf-Sammelbehälter 17 steuert. Die Steuerung 20
besitzt weiter einen EGR-Ausgang (Abgas-Rückführungsausgang)
zu einem EGR-Magneten 38 eines EGR-Ventils 40, und einen Ein
gang für ein Ventilstellungs-Rückleitsignal PINT, das von
einem von der Ventilstellung abhängigen Potentiometer 41 im
EGR-Ventil 40 kommt. Das auf die Ventilstellung reagierende
Potentiometer 41 erhält eine konstante 5 V-Referenzspannung
gegen Masse. Die Steuerung 20 gibt weiter ein Treibstoffpum
penrelais-Ansteuersignal FPRD an eine Beaufschlagungsspule
43 eines Treibstoffpumpenrelais für eine Treibstoffpumpe 45
im Treibstofftank 13 ab und enthält ein Treibstoffpumpen-Ein
gangssignal PPSW von einem Maschinenöldruckschalter 46,
durch den der Anker 47 des Treibstoffpumpenrelais mit der
Batterie 50 verbunden ist, wenn das Treibstoffpumpenrelais
nicht beaufschlagt ist.
Der Treibstoff für die Maschine 11 wird von dem Treibstoff
tank 13 der Treibstoffpumpe 45 durch die Treibstoffleitung
15 zu einer normalen standardmäßigen Treibstoffeinspritzvor
richtung für die Maschine 11 geleitet, die die Maschinen
treibstoffinjektoren 31 bis 36 enthält. Die Treibstoffpumpe
45 kann eine Druckregelvorrichtung enthalten, um der Maschi
ne 11 Treibstoff mit konstantem Druck zuzuführen, wobei über
schüssiger Treibstoff zum Treibstofftank 13 rückgeführt
wird. Alternativ können einige Ausführungen, insbesondere
die mit Bezug auf Fig. 8 beschriebene, eine variable Treib
stoffpumpen-Drucksteuerung besitzen, bei der ein Ausgangssig
nal FPS eine Leistungsversorgung mit variabler Spannung steu
ert, um die Treibstoffpumpe mit gesteuerter Drehzahl anzu
treiben und so einen gesteuerten variablen Treibstoffdruck
zu schaffen.
Wenn die Steuerung 20 ein Injektor-Öffnungssignal am Ausgang
INJ1 oder INJ2 ausgibt, werden die jeweiligen Maschinentreib
stoffinjektoren geöffnet, um unter dem regulierten Druck der
Treibstoffpumpe 45 stehende Treibstoff in die Treibstoffein
spritzdurchlässe der Maschine 11 in der Nähe der Maschinenzy
linder-Einlaßventile einzuspritzen. Die Maschinen-Treibstoff
injektoren schließen, wenn das Injektoröffnungssignal auf
hört, und beenden damit die Treibstoffzulieferung. Der Treib
stoff wird deshalb in Impulsen mit gesteuerten Zeitlänge ein
gespritzt, während derer eine konstante Nennströmung be
steht, und man kann deshalb annehmen, daß der zugelieferte
Treibstoff von der Impulslänge abhängt. Bei der gezeigten be
stimmten Maschine 11 werden normalerweise alle Maschinen
treibstoffinjektoren 31 bis 36 gleichzeitig einmal pro Kur
belwellenumdrehung beaufschlagt, wobei jeder Maschinentreib
stoffinjektor die Hälfte seiner gesamten errechneten Treib
stoffmenge (während der Hälfte der insgesamt errechneten Im
pulslänge) pro Maschinenzyklus bei jeder Beaufschlagung lie
fert. Die dargestellte Maschine 11 ist eine Sechszylinderma
schine mit einem Maschinentreibstoffinjektor pro Zylinder.
Da für einen vollständigen Zyklus bei der Sechszylinderma
schine zwei Kurbelwellenumdrehungen erforderlich sind, lie
fert jeder Maschinentreibstoffinjektor 31 bis 36 normalerwei
se die volle errechnete Treibstoffmenge für jeden Zyklus in
zwei Kurbelwellenumdrehungen.
Die Luft wird zu den Zylindern der Maschine 11 durch ein
Standardluftfilter in die gleiche Standardeinlaßvorrichtung
eingelassen, wobei die Luftströmung durch ein Drosselventil
gesteuert und durch den MAF-Fühler 23 erfaßt wird, während
die Lufttemperatur durch den MAT-Fühler 28 erfaßt wird. Der
Drosselstellungsfühler 26 erfaßt die Lage des eben beschrie
benen Drosselventils und der MAP-Fühler 27 erfaßt den Druck
in der Einlaßvorrichtung in Strömungsrichtung hinter dem
Drosselventil. Das Ausgangssignal IAC kann benutzt werden,
um eine Leerlaufluft-Strömungsvorrichtung 48 zu steuern, ent
weder durch Ändern der Lage eines Drosselanschlages oder
durch Verstellen eines Ventils in einer Leerlaufluft-Umlei
tung, wie dem Fachmann bekannt. Die Maschine 11 ist weiter
mit einem Zündfunkensystem normalen Aufbaus und Betriebs aus
gerüstet, soweit es diese Beschreibung betrifft, und dieses
wird nicht weiter gezeigt und beschrieben.
Im allgemeinen wird die Treibstoffzuführung zur Maschine 11
durch die Anwesenheit von Alkohol im Treibstoff auf zweier
lei Weise beeinflußt. Die erste ist der unterschiedliche Vo
lumenwärmeinhalt und aus diesem Grunde unterschiedliche stö
chiometrische Luft/Treibstoff-Verhältnis der verschiedenen
Treibstoffe wie Methanol und Benzin. Die Maschine 11 ist so
ausgelegt, daß sie normalerweise mit einem stöchiometrischen
Luft/Treibstoff-Verhältnis von 14,6 zur optimalen Verbren
nung von Benzin in Übereinstimmung mit einem Dreiwege-Kataly
satorwandler und einer Treibstoffregelung mit einem Sauer
stoff-Fühler im Auspuff arbeitet; das entsprechende stöchio
metrische Luft/Treibstoffverhältnis bei Methanol beträgt da
gegen 6,5. Deswegen sollte die Injektorimpulslängenberech
nung normalerweise für das sich ändernde stöchiometrische
Luft/Treibstoff-Verhältnis des zu der Maschine 11 geliefer
ten Treibstoffs abgewandelt werden, wie es durch einen Treib
stoffzusammensetzungsfaktor ALC% bezeichnet wird, der von
dem Fühlerausgangssignal ALC abgeleitet wird, wie später in
dieser Beschreibung angeführt. Dadurch wird der unterschied
liche volumetrische Wärmeinhalt der beiden Treibstoffe aus
geglichen, wie allgemein dem Fachmann bekannt.
Die zweite Weise, mit der Alkohol die Treibstoffzulieferung
zur Maschine 11 beeinflußt, ist die geänderte Viskosität
z.B. bei unterschiedlichen Zusatzmengen von Methanol zu Ben
zin und die Änderung der Viskosität des Treibstoffgemisches
mit der Temperatur. Allgemein wird bei der normalen Berech
nung der Treibstoffimpulslänge konstante Viskosität angenom
men. Da die Viskosität jedoch die Treibstoffströmungsrate
durch die Maschinentreibstoffinjektoren 31 bis 36 beein
flußt, verändert sich dadurch die Gesamtmenge des bei einer
bestimmten Impulslänge gelieferten Treibstoffs. Die jeweils
errechnete Treibstoffimpulslänge sollte so auch mit einem
Viskositätsfaktor nachgeführt werden, der eine Funktion des
Treibstoffzusammensetzungs-Faktors ALC% und auch eine Funk
tion der Treibstofftemperatur FTS ist. Dieser Viskositätsfak
tor wird mit der gesamten Injektorimpulslänge multipliziert
bis auf den Anteil, der die Korrekturgröße für die Injektor
öffnung darstellt.
Beispielsweise nimmt die normale Treibstoffimpulslänge beim
Anlassen NCRANKPW für Reinbenzin die folgende Form an:
NCRANKPW = BCPW + INJCORR,
wobei eine kalkulierte Grund-Anlaßimpulslänge BCPW mit einer
Einspritzkorrektur-Länge INJCORR korrigiert wird. Die Grund
dauer des Anlaßimpulses kann nach irgendeinem Algorithmus
nach dem Stand der Technik berechnet werden, enthält jedoch
allgemein mindestens einen Faktor, der von der Kühlmitteltem
peratur TCOOL abhängt. Er wird geeicht auf Grundlage der be
kannten Injektorströmungseigenschaften und der Viskosität
von Benzin bei einer vorbestimmten Treibstofftemperatur, um
bei einem vorbestimmten Treibstoffdruck die erforderliche
Treibstoffmenge zu schaffen, der durch den geregelten Treib
stoffpumpendruck bestimmt wird. INJCORR wird hinzugefügt, um
die Injektor-Öffnungszeit zu berücksichtigen. Dieser Term
ist nicht auf den Treibstoff bezogen, da er die Äquivalent
zeit darstellt, die der Maschinentreibstoffinjektor zum Öff
nen braucht, bevor die Treibstoffströmung beginnt, und des
halb ist dieser Term eine Funktion der mechanischen und elek
trischen Eigenschaften des Injektors. Er kann sich in Abhän
gigkeit von der elektrischen Versorgungsspannung für die Ma
schinentreibstoffinjektoren ändern, wird jedoch bei sich
ändernder Treibstoffzusammensetzung nicht korrigiert.
Die Abwandlung der normalen Anlaßimpulslängengleichung zu
einer gleichartigen Gleichung für eine Mehrstoff-Anlaßimpuls
länge MCRANKPW enthält so zwei Schritte. Der erste Schritt
ist die Abwandlung der Grundanlaßimpulslänge zu einer Mehr
stoff-Grundablaßimpulslänge MBCPW, die von der Treibstoffzu
sammensetzung abhängt. Eine bequeme Art und Weise, diese Än
derung auszuführen, besteht darin, die 2D-Wertetabelle des
Kühlmitteltemperaturfaktors in eine 3D-Wertetabelle für die
Kühlmitteltemperatur TCOOL und die Treibstoffzusammensetzung
ALC% zu erweitern. Der zweite Schritt besteht darin, einen
Viskositätsfaktor VISC für die modifizierte Grundimpulslänge
zu schaffen:
MCRANKPW = (MBCPW) (VISC) + INJCORR.
Der Viskositätsmultiplikator VISC selbst wird von einer
3D-Wertetabelle als Funktion des Treibstoffzusammensetzungs
faktors ALC% und der Treibstofftemperatur FTS abgeleitet und
korrigiert die Viskositätsänderungen bei sich ändernden Ben
zin/Alkohol-Anteilen im Treibstoff und die Viskositätsände
rung eines alkoholhaltigen Gemisches mit der Temperatur, so
daß die errechnete Treibstoffimpulslänge die korrekte Treib
stoffmenge ergibt. Da die Treibstoffimpulslänge sich infolge
der Viskositätsänderung des Treibstoffgemischs nicht notwen
digerweise in der gleichen Weise ändert wie die Treibstoffim
pulslänge infolge von Änderungen des stöchiometrischen A/F-
Verhältnisses (A/F = air/fuel = Luft/Treibstoff) mit der
Treibstoffzusammensetzung, und da die Treibstofftemperatur-
Wertetabelle sich nur mit der Viskosität ändert, werden die
beiden Korrekturen nicht in einer einzigen Wertetabelle kom
biniert. Auf die Einspritzkorrekturlänge INJCORR wird keine
Treibstoffzusammensetzungs-Korrektur angewendet, da diese
nicht durch Treibstoffeigenschaften beeinflußt wird. Nach
dem Anlassen der Maschine geht der Treibstoffalgorithmus
allmählich von der angeführten Anlaß-Treibstoffgleichung zur
normalen Treibstoffgleichung über, die einen normale Treib
stoffinjektor-Impulslänge BPINJ in folgender Weise ergibt:
BPINJ = [(BPW)((BLM)(DE) + AE)](VISC) + CORRCL + INJCORR.
Bei der voranstehenden Gleichung ist
BPW die errechnete Grundimpulslänge,
BLM ein Blocklern-Multiplikator,
DE ein Verzögerungs-Magerungs-Multiplikator,
AE ein Beschleunigungs-Anreicherungsterm,
CORRCL ein Regelkorrekturterm,
INJCORR der Injektorkorrektorterm, und
VISC der Treibstoffviskositätsmultiplikator.
BLM ein Blocklern-Multiplikator,
DE ein Verzögerungs-Magerungs-Multiplikator,
AE ein Beschleunigungs-Anreicherungsterm,
CORRCL ein Regelkorrekturterm,
INJCORR der Injektorkorrektorterm, und
VISC der Treibstoffviskositätsmultiplikator.
Es ist zu sehen, daß die normale Treibstoffgleichung zur Be
rücksichtigung unterschiedlicher Treibstoffviskosität im we
sentlichen in der gleichen Weise korrigiert wird, wie es bei
der Anlaßtreibstoffgleichung der Fall war: d.h. der Hauptan
teil der die Treibstoffmenge steuernden Impulslänge wird mit
dem Viskositätskorrekturfaktor VISC multipliziert, der von
einer Wertetabelle entsprechend der Treibstoffzusammenset
zung ALC% und der Treibstofftemperatur FTS abgeleitet wird,
während der Injektorkorrekturterm nicht beeinflußt wird.
Wenn erwünscht, kann der Regelschleifen-Korrekturterm auch
in bezug auf Viskosität in folgender Weise kompensiert
werden:
BPINJ = [(BPW)((BLM)(DE) + AE) + CORRCL](VISC) + INJCORR.
In diesem Fall wird der gesamte Anteil der die Treibstoffmen
ge steuernden Impulslänge multipliziert mit dem Viskositäts
korrekturfaktor. Es ist jedoch im allgemeinen nicht notwen
dig, dies zu tun, da der Regelkorrekturfaktor eine Zuwachs
größe ist, welche zur Annäherung an das tatsächlich erforder
liche Luft/Treibstoff-Verhältnis hinzugefügt ist und keine
mit offener Regelschleife errechnete Treibstoffmenge, und so
viel weniger durch den Alkoholanteil beeinflußt wird.
Der Grundimpulslängenterm BPW kann abgeleitet werden von der
Luftmassen-Strömungsrate, der Motordrehzahl, dem erwünschten
Treibstoff/Luft-Verhältnis und der Injektor-Strömungsrate.
Die Luftmassen-Strömungsrate in g Luft pro s und die inverse
Motordrehzahl in Computertaktimpulsen pro Zylinder werden
kombiniert und mit einer Konstanten multipliziert zu einer
Lastvariablen LV8. Die Grundimpulslänge wird dann durch fol
gende Gleichung gegeben:
BPW = K₁(LV8)(INJ)(F/A),
wobei K1 die Maßstabkonstante, LV8 der eben definierte Last
faktor, INJ die Injektorströmungsrate und F/A das gewünschte
Treibstoff/Luft-Verhältnis, also das mit Maßstab versehene
Inverse des Luft/Treibstoff-Verhältnisses ist. Bei der Be
rechnung von BPW wird LV8 aus Motorbetriebsparametern wie
nach dem Stand der Technik errechnet ohne Rücksicht auf
Treibstoffzusammensetzung. Das gewünschte Treibstoff/Luft-
Verhältnis F/A wird als geradlinige Interpolation zwischen
den gewünschten Verhältniswerten für Benzin und Methanol
(oder des sonst verwendeten Treibstoffs) aufgrund des erfaß
ten Alkoholanteils ALC% berechnet. Die Injektorströmungsrate
ist ein konstanter Term, der für die bestimmte Maschine ge
eicht ist und von der Treibstoffviskosität für Benzin und In
jektoreigenschaften abhängt. Der Fachmann für Maschinensteu
erung wird sich bewußt sein, daß es andere grundsätzliche Ma
schinentreibstoffsteueralgorithmen gibt, wie beispielsweise
auf Motordrehzahl und auf einem Maschinenlastfaktor wie Abso
lutdruck oder Unterdruck im Einlaßverteiler beruhende. Das
jeweilige Verfahren zum Bestimmen der Grundimpulslänge ist
für die hier beschriebene Erfindung nicht wesentlich.
Der Blocklernmultiplikator BLM ist ein adaptiver Steuerterm,
der im Speicher als eine Funktion des Maschinenbetriebszu
standes gespeichert ist und benutzt wird, einen großen An
teil der Regelung durch einen adaptiven Lernprozeß der Steu
erung zu übertragen und so die erforderliche Regelkorrektur
zu reduzieren. Der Betrieb solcher adaptiver Steuerungen ist
nach dem Stand der Technik wohl bekannt und wird durch die
Treibstoffzusammensetzung bis auf das nachfolgend angeführte
nicht abgewandelt.
Der Verzögerungs-Magerungs-Multiplikator DE wird dazu be
nutzt, die Treibstoffzufuhr während Verzögerungen zu verrin
gern aufgrund der Drosselstellung und/oder anderer entspre
chender Parameter. Der Multiplikator kann einen von Null ver
schiedenen Wert haben, um Treibstoff zu reduzieren, oder
kann gleich Null gesetzt werden, um die Treibstoffzufuhr an
zuhalten. Der von Null verschiedene Wert wird mit einem
Faktor von einer Wertetabelle aufgrund der Treibstoffzusam
mensetzung ALC% und der Kühlmitteltemperatur nachgestellt.
Für die beschriebene Maschine 11 nimmt der Wert DE bei
reinem Benzin mit der Temperatur ab und steigt bei reinem Me
thanol mit der Temperatur an. Treibstoffzusammensetzungen
zwischen diesen Extremwerten erzeugen eine Mischung aus
diesen Kurven. Wenn der Term DE zu Null wird, wird kein
Treibstoff geliefert. Jedoch können am Ende der Treibstoff-
Abstellzeit asynchrone Einleitimpulse geliefert werden, und
die werden aufgrund von ALC% eingerichtet. Der Beschleuni
gungs-Anreicherungsterm AE wird benutzt, zusätzlichen Treib
stoff aufgrund einer positiven Änderung des Lastparameters
LV8 während Beschleunigungsvorgängen zu schaffen. AE wird
aufgrund der Treibstoffzusammensetzung und möglicherweise
der Kühlmitteltemperatur aus einer Wertetabelle modifiziert.
Es sollte auch erwähnt werden, daß der Treibstoff einer auf
die Kühlmitteltemperatur reagierenden Choke-Funktion unter
worfen ist, wodurch beim Aufwärmen der Maschine Extratreib
stoff zugeliefert wird. Eine solche Funktion kann einen Mul
tiplikator verwenden, der mit ansteigender Kühlmitteltempera
tur abnimmt, bis er im wesentlichen bei einer bestimmten
Kühlmitteltemperatur gleich Eins wird und bleibt. Sowohl der
Wert dieses Multiplikators als auch die Abfallrate können
Funktionen von ALC% wie auch der Kühlmitteltemperatur sein.
Der Regelkorrekturterm CORRCL wird hinzugefügt, wenn die Re
gelung freigegeben wird. Er umfaßt Integral- und Proportio
nalterme. CORRCL wird abgeleitet vom Fett/Mager-Status des
Treibstoffgemischs, wie es durch den Sauerstoff-Fühler im Ab
gassystem der Maschine 11 erfaßt wird. Ein standardmäßiger
Zirkonoxid-Sauerstoff-Fühler erzeugt eine Spannung, die sich
in Abhängigkeit von im Abgas erfaßtem überschüssigen freien
Sauerstoff ändert, und dieser wird durch den Fett/Mager-
Status des Treibstoffes bezüglich der Stöchiometrie be
stimmt. Das Ausgangssignal des Sauerstoff-Fühlers ist eine
Spannung, die sich in einem engen Bereich um den stöchiome
trischen Wert rasch ändert. Diese Spannung oder eine davon
abgeleitete Zahl zur Verwendung in einem Computer kann mit
einem Referenzwert verglichen werden, der eine vorbestimmte
Beziehung zum stöchiometrischen Wert besitzt als Teil eines
Verfahrens zur Erzeugung eines Signals, das für den Fett/
Mager-Status des tatsächlichen Luft/Treibstoff-Verhältnisses
der Maschine bezeichnend ist.
Man sollte erwarten, daß das Ausgangssignal des Sauerstoff-
Fühlers durch sich ändernde Treibstoffzusammensetzungen
nicht bedeutsam beeinflußt wird, da der Sauerstoff-Fühler
auf Faktoren reagiert, die auf den stöchiometrischen Wert
und nicht auf das absolute Luft/Treibstoff-Verhältnis bezo
gen sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Betrieb sol
cher Sauerstoff-Fühler durch die Anwesenheit von Methanol im
Treibstoff beeinflußt wird, wodurch die Ausgangsspannung des
Sauerstoff-Fühlers zur fetten Seite verschoben wird, und so
bei Regelung das Maschinentreibstoffsystem zur mageren Seite
getrieben wird. Die Veränderung ist gering, in der Größenord
nung von 0,1 bis 0,2 A/F-Verhältniswerten, jedoch hat eine
Verschiebung dieser Größe nach der mageren Seite des stöchio
metrischen Verhältnisses eine bedeutsame Auswirkung auf die
NOx-Wandlung durch einen reduzierenden Katalysator. Deshalb
wird das System korrigiert durch Verschieben der Referenz
spannung oder -spannungen, mit denen das Ausgangssignal des
Sauerstoff-Fühlers verglichen wird, und zwar in gleicher
Richtung und in gleichartiger Größe wie die Verschiebung der
Fühlerausgangsspannung, so daß der Sauerstoff-Fühler eine ma
gerere Ablesung ergibt, welche die Änderung durch das Metha
nol korrigiert.
Ein Ausführungsbeispiel eines Regelschleifen-Korrektursy
stems auf Grundlage eines Sauerstoff-Fühlers ist in US-PS
46 25 698 gezeigt. Bei diesem Regelschleifenkorrektursystem
wird die tatsächliche Fühlerausgangsspannung bearbeitet zur
Bildung eines Schnellfilterwertes (ff) und eines Langsamfil
terwertes (sf), und diese gefilterten Werte werden mit ff-
bzw. sf-Spannungsfenstern verglichen. Jeder ff- und sf-Fil
terwert wird als fett oder mager bestimmt, wenn er sich
außerhalb des jeweiligen Fensters an der fetten oder mageren
Seite befindet, oder, wenn er sich innerhalb des jeweiligen
Fensters befindet, danach, ob er sich in fetter bzw. magerer
Richtung ändert. Zur Nachstellung bei Mehrstoffbetrieb
werden in US-PS 46 25 698 die ff- und sf-Fenster beide in
einer solchen Richtung verschoben, daß der Algorithmus zum
mageren Ablesen hin verschoben wird, in einer Größe, die
gerade die Auswirkung des Alkohols im Treibstoff ausgleicht,
so daß eine konsistente Beziehung zwischen den Referenzwer
ten und dem stöchiometrischen Verhältnis erhalten bleibt.
Die Verschiebung hängt von der Treibstoffzusammensetzung
ALC% und der Maschinenlast nichtlinear ab und wird so von
einer Wertetabelle abgeleitet. Irgendeine normale Verschie
bung der Fenster mit Maschinenbelastung wird auch erhöht, so
daß die Wertetabelle eine 3D-Tabelle in Abhängigkeit von der
Treibstoffzusammensetzung ALC% und einem Maschinenlastfaktor
ist. Das Ergebnis beeinflußt nicht nur die Bestimmung, ob
der Treibstoff als fett oder mager erfaßt wird, sondern auch
die Größe der Fehlerterme, die zur Berechnung des Proportio
nalkorrekturfaktors benutzt werden, wie in der erwähnten
US-PS beschrieben ist.
Das Ausgangssignal ALC des Treibstoffzusammensetzungs-Füh
lers 16 wird durch ein Regelkorrektursystem bearbeitet, um
die Genauigkeit und Stabilität der Treibstoffsteuerung zu
erhöhen. Wenn eine Anfangsmaschinenlaufzeit IERT nach dem An
lassen der Maschine abgelaufen ist, wird das Ausgangssignal
des Treibstoffzusammensetzungs-Fühlers 16 auf regulärer
Grundlage wie einer 100 ms-Schleife abgelesen, zusammen mit
dem Ausgangssignal des Treibstofftemperatur-Fühlers 30, und
mit analog/digital-gewandelten Werten, die im RAM in der
Steuerung 20 gespeichert sind, verglichen. Ein Flußdiagramm
des Ablaufes ist in Fig. 3 dargestellt. In einem Anfangsent
scheidungsblock 60 wird die Treibstoffpumpen-Laufzeit mit
einer Referenz-Anfangsmaschinenlaufzeit IERT verglichen, was
durch Vergleichen des Inhalts eines als Zähler benutzten
Speicherbyte mit einer anderen gespeicherten Referenz IERT
getan werden kann. Die Treibstoffpumpen-Laufzeit kann in der
Steuerung von der Ersterzeugung des FPRD-Signals ausgezählt
werden, das zur Beaufschlagung des Treibstoffpumpenrelais
der Treibstoffpumpe 45 ausgegeben wird. Die Treibstoffpumpen
laufzeit wird als eine Anzeige der tatsächlichen Anfangs-Ma
schinenlaufzeit benutzt von dem Zeitpunkt, bei dem das Anlas
sen des Motors begonnen wird. Die Begründung für die Refe
renz IERT und ihre Eichung werden weiter unten besprochen.
Falls die Referenzzeit IERT noch nicht abgelaufen ist, be
stimmt ein weiterer Entscheidungsblock 61, ob die Treibstoff
pumpe 45 läuft. Falls nicht, z.B. wenn die Maschine 11 noch
nicht gestartet wurde, wird die Routine verlassen. Falls ja,
wird der Treibstoffpumpenlaufzeit-Speicherplatz im Schritt
72 erhöht, bevor die Routine ausgeführt wird. Wenn im Ent
scheidungsblock 60 die Treibstoffpumpenlaufzeit als größer
oder gleich der Referenz IERT festgestellt wird, werden das
A/D-gewandelte Treibstoffzusammensetzungs-Eingabesignal ALC
und das Treibstofftemperatur-Signal FTS im Schritt 63 gele
sen. Das Eingangssignal ALC% wird von ALC dadurch abgelei
tet, daß ALC in eine mathematische Form gewandelt, sein Wert
innerhalb unter und oberer Grenzwerte begrenzt und das Resul
tat im Schrit 65 in einer Tiefpaßfilterroutine erster Ord
nung gefiltert wird. Die Versorgungsspannung BAT kann in
einem Entscheidungsblock 66 mit einer Referenzspannung
überprüft werden, um zu sehen, ob sie ausreicht, ein gutes
ALC-Signal zu ergeben, wobei der abgeleitete ALC%-Wert nur
bei ausreichender BAT gespeichert wird.
Während der anfänglichen Maschinenlaufzeit bis zur Referenz
zeit IERT ist der durch die Steuerung 20 benutzte ALC%-Wert
jedoch ein Wert, der in einem nichtflüchtigen Speicherplatz
von der letzten Maschinenbetriebszeit gehalten wurde. Der ge
speicherte Wert wird aus verschiedenen Gründen benutzt. Er
stens können sich die Benzin- und Methanol-Bestandteile des
Treibstoffs in dem Treibstofftank und den Leitungen getrennt
haben, auch im Treibstoffzusammensetzungsfühler 16 selbst,
während das Fahrzeug in Ruhe war. Damit ist die letzte Able
sung des Treibstoffzusammensetzungsfühlers 16 vor dem Ab
schalten der Maschine eine genauere Ablesung von ALC% als
die Anfangsablesung des Treibstoffzusammensetzungs-Fühlers
16, bevor der Treibstoff wieder gemischt ist. Allgemein soll
ten mehrere Sekunden zugelassen werden, bis der Treibstoffzu
sammensetzungs-Fühler 16 wieder benutzt wird. Zusätzlich
kann die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs während des An
lassens stark schwanken, und das kann bei manchen Anordnun
gen den genauen Betrieb des Treibstoffzusammensetzungs-Füh
lers 16 stören. Dieser Vorgang kann insbesondere bei kaltem
Wetter, wenn sich die Maschine 11 nicht leicht anlassen läßt
und die Bordnetzspannung weiter abfällt, länger dauern. Ein
zusätzlich zu berücksichtigender Faktor ist die Tatsache,
daß die Maschine 11 normalerweise angehalten wird, wenn dem
Kraftfahrzeug 10 neuer Treibstoff zugeführt wird, und das Be
tanken kann die Zusammensetzung des Treibstoffs im Treib
stofftank 13 beträchtlich ändern. Es ist deshalb bestimmt
wünschenswert, diese Änderung rechtzeitig zu erfassen, um
die Maschinentreibstoffsteuerung nachzustellen, wenn der
neue Treibstoff Maschine 11 erreicht. Es besteht jedoch noch
eine Zeitverzögerung von 10 bis 15 s, bevor der neue Treib
stoff von dem Treibstofftank 13 zum Treibstoffzusammenset
zungs-Fühler 16 gepumpt ist und dort erfaßt werden kann. Es
ist in dieser Zeit nicht so notwendig, eine größere Änderung
beim Treibstoff zu erfassen zu versuchen, und während dieser
Zeit erhält das Treibstoffsystem Treibstoff mit der alten Zu
sammensetzung. Deswegen ist eine Verwendung des gespeicher
ten ALC%-Wertes während der Zeit, die der neue Treibstoff
braucht, vom Treibstofftank 13 zum Treibstoffzusammenset
zungs-Fühler 16 zu kommen, ein gutes Treibstoffzusammenset
zungssignal während des Anlaßvorgangs, und die Referenzzeit
IERT kann gleich einer Größe von im wesentlichen 10 bis 15 s
gesetzt und der Wert konstant gehalten werden, unter der An
nahme, daß eine Treibstoffpumpe 45 benutzt wird, die auf im
wesentlichen konstanten Druck oder konstante Strömung gere
gelt wird. Falls der Treibstoffpumpendruck oder die Strömung
sich ändert, sollte der im vorangehenden Satz beschriebene
Wert von IERT entsprechend der raschestmöglichen Strömung
festgesetzt oder in Abhängigkeit von irgendeinem Strömungsan
zeigeparameter, wie der an dem Treibstoffpumpenmotor anlie
genden Spannung, variabel gehalten werden. Vor dem Ablauf
dieser Zeit sind dann die Treibstofftrennung in der Treib
stoffleitung und bei dem Treibstoffzusammensetzungs-Fühler
16 beendet, und in den meisten Fällen ist der Anlaßvorgang
vorbei. Nach Ablauf der Referenzzeit IERT wird der Treib
stoffzusammensetzungs-Fühler 16 normal abgelesen, so daß das
System eine bedeutsame Änderung beim Treibstoff infolge Neu
betankung bemerkt, sobald der neue Treibstoff den Treibstoff
zusammensetzungs-Fühler erreicht. Falls jedoch eine bestimm
te Fahrzeugvorrichtung bekanntermaßen Schwierigkeiten hat
mit niedrigen Bordnetzspannungen bei der genauen Bestimmung
der Treibstoffzusammensetzung während des Anlassens bei
kaltem Wetter, kann die Versorgungsspannung nach Fig. 3 noch
zur Unterstützung der Referenzlaufzeit IERT überwacht
werden, um diese Zeitlänge ohne Änderung beim ALC%-Wert in
diesem Fall auszudehnen, bis eine gute Ablesung des Treib
stoffzusammensetzungs-Fühlers sichergestellt ist.
Das erwünschte Luft/Treibstoff-Verhältnis A/F (oder sein
Kehrwertverhältnis F/A) wird nicht immer in Abhängigkeit vom
Wert ALC% zur Verwendung bei der Errechnung der Treibstoffim
pulslänge nachgeregelt. Obwohl es wichtig ist, auf jede Ände
rung des Treibstoffs bei einer Tankfüllung zu reagieren und
es eine gute Idee ist, das Erfassen der Treibstoffzusammen
setzung während Übergangsbedingungen, zu denen auch Treib
stoffübergänge gehören, fortzusetzen, gibt es andere Maschi
nenbetriebsarten, die sehr stabil in Bezug auf die Treib
stoffsteuerung sind. Zu derartigen Betriebszuständen gehört
allgemein die Treibstoffregelung (geschlossene Schleife),
bei der eine Treibstoffmenge zunächst errechnet wird, die Er
rechnung jedoch aufgrund der Anzeige des Abgaszusammenset
zungs-Fühlers 29 angeglichen wird, der ein Luft/Treibstoff-
Rückkoppelsignal liefert. Infolge von praktischen Kostenbe
grenzungen besitzt die A/D-Wandlung und die Computervorrich
tung nur begrenzte Auflösung, und eine von dem Treibstoffzu
sammensetzungs-Fühler 16 erfaßte sehr geringe Zusammenset
zungsänderung, die z.B. durch eine Luftblase in der Treib
stoffleitung 16 oder durch elektrisches Rauschen verursacht
sein kann, kann eine Änderung von z.B. 0,7 in der Größe des
Luft/Treibstoff-Verhältnisses ergeben. Damit die Integrato
ren der Regelung nicht wiederholt von solchen kleinen bedeu
tungslosen Änderungen zurücklaufen müssen, und um so die Sta
bilität der Treibstoffsteuerung bei angenommenermaßen stabi
lem Maschinenbetrieb zu fördern, wird der Wert von A/F (oder
von F/A) am Ende des vorhergehenden Betriebszustandes verrie
gelt, um während des stabilen Zustandes immer verwendet zu
werden. Er bleibt verriegelt, bis der stabile Betriebszu
stand endet oder bis eine Änderung der Treibstoffzusammenset
zung, wie sie der Treibstoffzusammensetzungs-Fühler 16
zeigt, eine vorbestimmte Größe überschreitet, beispielsweise
7% Änderung bei ALC%. Der vorangehende oder erste Betrieb
dauert ausreichend lang, so daß ein infolge von Nachtanken
neues Treibstoffgemisch im Treibstofftank 13 eine Chance
erhält, den Treibstoffzusammensetzungs-Fühler 16 zu errei
chen. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren gute Resulta
te ergibt, da die Änderungen der Treibstoffzusammensetzung
während des stabilen Betriebs sehr gering sind. Ein solcher
Betrieb ist nachstehend beschrieben.
Die Maschinensteuerung dieser Ausführung enthält, wie viele
nach dem Stand der Technik, einen adaptiven Lernvorgang für
die Treibstoffsteuerung, bei dem ein Block von Speicherplät
zen für Korrekturfaktoren benutzt wird, die bei Maschinenre
gelbetrieb nachgebessert werden und mit in den Steueranteil
der Berechnung der Treibstoffimpulslänge eingehen. Das wird
in dem Blocklern-Multiplikator BLM der normalen Einspritzim
pulslängen-Gleichung berücksichtigt. In der Praxis wird der
BLM-Faktor von einer Wertetabelle aufgrund der abgelesenen
Werte von Maschinendrehzahl und einem Lastfaktor wie der
Strömung ausgelesen, wenn die Einspritzimpulslänge berechnet
wird. Ein gespeicherter BLM-Faktor kann jedoch nur geändert
werden, wenn "Block Lernen" freigegeben wird, und das tritt
nur dann ein, wenn bestimmte Maschinenbetriebszustände vor
handen sind, die einen Gleichgewichtsmaschinenbetrieb be
zeichnen. Typische spezifische Bedingungen, die alle während
einer geeichten Zeitlänge vorhanden sein müssen, sind Regel
betrieb des Sauerstoff-Fühlers, Kühlmitteltemperatur inner
halb geeichter Grenzen, A/F-Verhältnis gleich einem geeich
ten Wert, Maschinenlastfaktor mindestens gleich einem geeich
ten Wert und keine Anzeichen von Übertemperatur des Katalysa
torwandlers. Falls diese oder gleichartige Äquivalenzbedin
gungen während der Eichzeit vorhanden sind, ist es wahr
scheinlich, daß die Maschinenbetriebszustände einen stabilen
Maschinenbetrieb ergeben, und der BLM-Multiplikator für die
vorhandene Maschinendrehzahl und -last kann aufgrund des Aus
gangssignals des Sauerstoff-Fühler nachgebessert werden.
Diese Nachbesserung kann beispielsweise dadurch bewirkt
werden, daß der Zustand des Regelintegrators, wie in US-PS
46 25 698 mit dem augenblicklichen Ausgangssignal des Sauer
stoff-Fühlers verglichen wird, wobei der BLM-Multiplikator
entsprechend in der Richtung fett oder mager erhöht wird.
Wie oben beschrieben, ist es nicht erwünscht, einen Regelbe
trieb nach einem Treibstoffsteuerparameter einzuführen, der
von einem Treibstoffzusammensetzungs-Signal abgeleitet ist,
das sich aus Gründen ändert, die vom Standpunkt der Treib
stoffsteuerung unbedeutend sind. Deswegen wird der Wert des
gewünschten A/F- (oder F/A-)Verhältnisses gegen Änderungen
von ALC% verriegelt, während die Lernsteuerung freigegeben
wird. Das stellt eine Abwandlung der grundlegenden Treib
stoffinjektionsimpulslängen-Gleichung dar, die oben beschrie
ben wurde, bei der der Term erwünschtes A/F-Verhältnis vom
Wert ALC% abhing. Der Vorgang ist im Fußdiagramm nach Fig. 4
gezeigt, bei dem er im Entscheidungsblock 70 bestimmt wird,
wenn Lernen freigegeben wird. Falls nicht, wird das erwünsch
te A/F- (F/A-)Verhältnis im Schritt 72 freigegeben und die
Routine verlassen; wenn das geschieht, wird ein Bit dem
Schritt 71 gesetzt, um den Wert des Treibstoffsteuerparame
ters A/F (F/A) zu riegelen. Die Lernsteuerung wird verrie
gelt und der Wert von A/F (F/A) freigegeben, wenn eine Feh
lerfunktion des Sauerstoff-Fühlers erfaßt wird, die Maschine
11 abgeschaltet oder eine Treibstoffveränderung erfaßt wird.
Der Wert von ALC% kann zeitweise bei einer Treibstoffverände
rung verriegelt werden: d.h., wenn eine bedeutsame Änderung
des Wertes ALC% erfaßt wird. Das könnte als unnötig angese
hen werden, falls der Treibstoffzusammensetzungsfühler 16
direkt in die Treibstoffeinlaßvorrichtung aufgenommen wäre,
es wird jedoch allgemein eine Treibstofflaufzeit zwischen
dem Fühler 16 und der Treibstoffeinführungsvorrichtung vor
handen sein. Wenn sich die Treibstoffzusammensetzung langsam
und allmählich ändert, kann die Laufzeit ignoriert werden,
tritt jedoch eine plötzliche Änderung auf, ist es wünschens
wert, den alten ALC%-Wert während der Zeit zu halten, in der
die neue Treibstoffzusammensetzung sich im Übergang von dem
Fühler 16 zur Einführvorrichtung befindet, da während dieser
Zeit die Maschine 11 ja noch die vor der Änderung bestehende
Zusammensetzung erhält. Die Routine, die dies erreicht, ist
in dem Flußdiagramm nach Fig. 5 enthalten, das die volle
Treibstoffübergangslogik beschreibt.
Die Routine überprüft zuerst im Entscheidungsblock 75 ein
Treibstoffübergangsbit. Ist es nicht gesetzt, dann findet
kein Treibstoffübergang statt, und die Routine prüft als
nächstens das Auftreten eines neuen Übergangs im Entschei
dungsblock 76 durch Vergleichen des zuletzt erhaltenen
Wertes von ALC% (NEWALC%) mit einem gespeicherten vorherigen
Wert von ALC% (OLDALC%). Falls der Absolutwert der Differenz
z.B. 7% von OLDALC% übersteigt, dann gilt ein Treibstoffüber
gang als erfaßt und das Treibstoffübergangsbit wird im
Schritt 77 gesetzt, das gewünschte A/F-Verhältnis wird auf
seinem jüngsten Wert im Schritt 78 verriegelt und ein Treib
stoffübergangs-Zeitgeberbyte im RAM wird im Schritt 79 ge
löscht. Falls im Entscheidungsblock 76 kein Treibstoffüber
gang erfaßt wurde, wird die Routine verlassen.
Vom Schritt 79 oder vom Entscheidungsblock 75, falls das
Treibstoffübergangsbit bereits gesetzt war, geht die Routine
weiter zum Entscheidungsblock 80, an dem der Treibstoffüber
gangs-Zeitgeber auf den Ablauf einer vorbestimmten Treib
stoffübergangszeit überprüft wird, die der Zeit entspricht,
die der Treibstoff vom Treibstoffzusammensetzungs-Fühler 16
zur Treibstoffeinführvorrichtung der Maschine 11 braucht.
Der Zeitgeber ist in dieser Ausführung ein Speicherbyte im
RAM, das bei jedem Durchlauf der Routine während Treibstoff
übergang erhöht wird. Falls die Treibstoffübergangszeit
nicht abgelaufen ist, wird das Zeitgeberbyte im Schritt 81
erhöht und die Routine verlassen. Falls die Zeit abgelaufen
ist, wird jedoch das A/F-Verhältnis im Schritt 82 auf einen
neuen Wert nachgestellt, der dem neuen Wert von ALC% ent
spricht, das Treibstoffübergangsbit wird wieder in Schritt
83 gesetzt und OLDALC% wird im Speicher durch NEWALC% im
Schritt 84 ersetzt, bevor die Routine verlassen wird. Falls
die Maschine 11 mit eingeschalteter adaptiver Lernsteuerung
arbeitet und so der Wert A/F (F/A) verriegelt ist, ergibt
die Erfassung eines Treibstoffüberganges eine Nachstellung
von A/F (F(A) aufgrund des Treibstoffzusammensetzungs-
Signals oder ein Ende des adaptiven Lernsteuervorgangs oder
ein Verriegeln von A/F. Das kann auftreten, sobald der Treib
stoffübergang erfaßt ist.
Ein wichtiger Zusatzteil der Treibstoffsteuerung für die Ma
schine 11 ist die Ablaßsteuerung für den Treibstoffdampfbe
hälter 17, die abgewandelt ist von der Standardproduktions
steuerung nach Fig. 6. Wie bereits beschrieben, wird vom
Treibstofftank 13 verdampfter Treibstoff in dem Treibstoff
dampf-Sammelbehälter 17 gespeichert, um in gesteuerten
Mengen zu gesteuerten Zeiten zur Maschine 11 geliefert zu
werden. Der Treibstoffdampf-Sammelbehälter 17 ist ein norma
ler Behälter der Art, wie er nach dem Stand der Technik be
kannt ist, mit Aktivkohle oder einer ähnlichen Substanz, die
Kohlenwasserstoffe ab- oder adsorbiert. Normale Mengen von
verdampftem Treibstoff werden durch die Aktivkohle oder
andere Substanzen eingefangen, bis zu dem Zeitpunkt, wenn
die Steuerung für die Maschine 11 ein Signal CCP zur CCP-Ma
gnetspule 37 des Behältersteuerventils für den Treibstoff
dampf-Sammelbehälter 17 abgibt. Das CCP-Signal ist ein im
pulslängenmoduliertes Signal, welches das Behältersteuerven
til eine durchschnittliche Offenstellung aufgrund des Ein
schaltverhältnisses des Signals erreichen läßt. Das Ventil
drosselt die Strömung von Treibstoff und/oder Luft von dem
Treibstoffdampf-Sammelbehälter 17 durch die Dampfleitung 19
zur Treibstoffeinführvorrichtung der Maschine 11. Das Behäl
tersteuerventil steuert so einen Behälterablaßstrom eines
zusätzlichen Luft/Treibstoff-Gemisches zu der Maschine 11.
Das Luft/Treibstoff-Verhältnis dieses Gemisches ist ungesteu
ert, so daß die Rate, mit der es zu dem Gesamtgemisch hinzu
gefügt wird, ausreichend klein gehalten werden muß, damit
die Steuerung des Abgaszusammensetzungs-Fühlers 29 nicht
gestört wird. Wenn eine Behälterablassung freigegeben wird,
wird der CCP-Wert für Reinbenzin von einer Wertetafel auf
grund eines gemessenen Maschinenluftstromes oder eines
gleichartigen Faktors wie Ansaugverteiler-Absolutdruck oder
-Unterdruck abgeleitet. Verschiedene Behälterablaßalgorith
men sind für benzinbetriebene Maschinen nach dem Stand der
Technik bekannt.
Die Verwendung eines anderen Treibstoffes wie Methanol kann
eine größere oder geringere Treibstoffverdampfung ergeben,
die sich sowohl mit der Treibstoffzusammensetzung als auch
mit der Treibstofftemperatur ändert. Reinmethanol ist
beträchtlich weniger flüchtig als Benzin bei der gleichen
Temperatur, jedoch können Gemische aus Methanol und Benzin
in manchen Zusammensetzungen flüchtiger sein als jeder der
beiden Stoffe für sich. Ein typisches Verhalten der Verdamp
fung über der Treibstoffzusammensetzung bei einer bestimmten
Treibstofftemperatur ist in Fig. 7 dargestellt. Die Flüchtig
keit oder Verdampfungsrate steigt von Reinbenzin und von
Reinalkohol zu einem Maximum bei einer Mischung irgendwo da
zwischen an. Gleichartige Kurven bei höheren oder tieferen
Treibstofftemperaturen zeigen allgemein gleichartige Formen,
sind jedoch mit steigender Treibstofftemperatur nach oben
verschoben. Da eine Mehrstoffmaschine so ausgelegt sein muß,
daß sie über einem ganzen Bereich derartiger Mischungen ar
beitet, muß die Behältersteuerung abgewandelt werden, um für
unterschiedliche Treibstoffverdampfungsraten bereit zu sein.
Es ist auch ersichtlich, daß einige Kraftfahrzeuge mit einem
größeren Behälter ausgerüstet werden müssen, um die erwarte
te erhöhte Treibstoffdampfmenge zu verkraften.
Die normale Behälterablaßsteuerung leitet einen CCP-Wert als
Funktion von z.B. der Luftmassenströmung MAF im Schritt 90
von Fig. 6 ab. Um die Behälterablaßalgorithmen an den Mehr
stoffbetrieb anzupassen wird die Treibstofftemperatur FTS in
einem Entscheidungsblock 91 mit einem Referenzwert TREF1,
z.B. 17°C verglichen. Falls sie diesen Referenzwert über
steigt, wird ein CCP-Multiplikator CCPMULT im Schritt 92 von
einer Wertetabelle abgeleitet auf Grundlage der Treibstoff
temperatur FTS und der Treibstoffzusammensetzung ALC%. Eben
falls im Schritt 92 wird das auszugebende Einschaltverhält
nis CCP% = (CCP)(CCPMULT) bestimmt. Der CCP-Multiplikator
CCPMULT kann von 0 bis 4 betragen, so daß CCP-Werte größer
oder kleiner als die normalen für Benzin gültigen Werte mög
lich sind.
Nach Fig. 7 zeigt Kurve 95 eine typische Änderung der Dampf
bildungsrate in einem vorbestimmten Treibstofftemperaturbe
reich über der Treibstoffzusammensetzung. Reinbenzin ist als
Punkt 93 am linken Ende der Kurve und Reinmethanol als Punkt
94 am äußersten rechten Ende der Kurve dargestellt. Es ist
zu sehen, daß die Dampfbildung im unteren Bereich der Metha
nolkonzentration höher als die bei Reinbenzin, aber auch als
die bei Reinmethanol ist und ein Maximum bei etwa 20% Metha
nol erreicht. Der CCP-Multiplikator wird deswegen in glei
cher Weise für Gemische aus Benzin und Methanol ansteigen.
Damit wird die Behälterablaßrate optimiert zwischen den ein
ander störenden Zielen, Treibstoffdampf aus dem Treibstoff
dampf-Sammelbehälter 17 zu entfernen, während er aus dem
Treibstofftank 13 verdampft, und das Luft/Treibstoff-Verhält
nis der Maschine so wenig wie möglich zu ändern. Zusätzlich
tendiert die Dampfbildungsrate dazu, sich mit steigender
Dampftemperatur zu erhöhen, und dies kann für sich störend
wirken, insbesondere bei Motorfahrzeugen mit Treibtoffein
spritzsystemen, die unbenutzten Treibstoff wieder zurücklei
ten, wobei in dem Motorabteil 12 aufgenommene Wärme zurück
in den Treibstofftank 13 gebracht iwrd. Damit kann sich der
CCP-Multiplikator mit steigender Treibstofftemperatur minde
stens während eines vorbestimmten Treibstofftemperaturbe
reichs erhöhen.
Bei einigen Maschinen kann ein nicht flüchtiger Dauerspei
cher benutzt werden, um einige bei der adaptiven Lernsteu
erung gelernte Werte zu halten. Falls die Dampfbildungsrate
hoch ist, kann die Treibstoffregelung zu einem mageren Ge
mischwert hin gedrängt werden, um den zusätzlichen Treib
stoffdampf aus dem Treibstoffdampf-Sammelbehälter 17 auszu
gleichen. Falls die Maschine 11 angehalten wird, und das
Kraftfahrzeug 10 beispielsweise über Nacht abgestellt wird,
wird die Treibstofftemperatur beim nächsten Anlassen niedri
ger sein, und die gelernten Werte aus dem vorherigen Zeit
raum mit höheren Treibstofftemperaturen treffen nicht mehr
zu. Damit wird im Entscheidungsblock 96 der Fig. 6 die Treib
stofftemperatur FTS mit einem Referenzwert TRF2 verglichen.
Falls dieser höher ist, wird im Schritt 97 der Langzeitspei
cherteil gesperrt, so daß die nicht zutreffenden Werte nach
dem neuen Maschinenbetrieb nicht mehr gehalten werden.
Eine Alternative zum Nachstellen der Treibstoffimpulslänge
für die unterschiedlichen gewünschten A/F-Verhältniswerte
ist eine von ALC% abhängige Treibstoffpumpendrucksteuerung.
Ein durch einen Elektromotor angetriebene Treibstoffpumpe,
die wie oben beschrieben mit einer regulierten Spannung zur
Konstanthaltung der Drehzahl und damit zur Konstanthaltung
des Abgabedrucks versorgt wird, kann durch eine gesteuerte
Abweichung der anliegenden Spannung eine Drehzahländerung er
halten. Damit kann der Treibstoffpumpendruck durch die Steue
rung des Motors steuerbar verändert werden. Die oben be
schriebenen Gleichungen für die Treibstoffimpulslängen
werden dann im wesentlichen in der normalen Weise für Rein
benzin berechnet bis auf die Viskositätskorrektur, wenn
diese Korrktur nicht auch bei der Treibstoffimpulsdrucksteu
erung enthalten ist, und der sich ändernde volumetrische Wär
meinhalt des sich ändernden Treibstoffgemisches wird ausge
glichen durch eine Änderung des Treibstoffdrucks, wodurch
die zugelieferte Treibstoffmenge bei gleicher Impulsdauer
geändert wird.
Das Verfahren der Treibstoffpumpen-Drucksteuerung ist in dem
Flußdiagramm nach Fig. 8 dargestellt, bei dem die Treibstoff
zusammensetzung ALC% im Schritt 100 in der beschriebenen
Weise abgeleitet wird. Dann wird im Schritt 101 der erwünsch
te Treibstoffpumpendruck DPRES aus dem Pumpendruck für Rein
benzin GPRES nach der Gleichung abgeleitet:
DPRES = (GPRES)[1 + (STK-1)(ALC%)/100]².
In dieser Gleichung ist STK das stöchiometrische Verhältnis
von Benzin zu dem anderen Treibstoff. Für Methanol beträgt
es 14,6/6,5 oder ca. 2,25. Schließlich wird im Schritt 102
der gewünschte Druck an eine Treibstoffdruck-Steuerschaltung
ausgegeben, welche die Versorgungsspannung für die Treib
stoffpumpe dementsprechend ändert, um den erwünschten Druck
zu erzeugen. Alternativ kann der gewünschte Treibstoffpumpen
druck aufgrund des Wertes ALC% von einer Wertetabelle abge
leitet werden.
Falls das Verfahren mit Treibstoffpumpendruck benutzt wird,
müssen alle Terme in den vorangehenden Treibstoffimpulslän
gengleichungen für Reinbenzin benutzt werden, ohne die Not
wendigkeit, die Wertetabellen für eine weitere Abhängigkeit
von der Treibstoffzusammensetzung auszudehnen. Der Treib
stoffviskositätsfaktor kann in der Berechnung weiter verwen
det werden aufgrund der Treibstoffzusammensetzung und der
Treibstofftemperatur. Wenn jedoch der Treibstoffpumpendruck
von einer Wertetabelle abgeleitet wird, kann die Viskositäts
korrektur ebenfalls in diese Wertetabelle aufgenommen
werden, die dann auch auf den erfaßten Wert der Treibstoff
temperatur reagieren kann. Die Verschiebung des Sauerstoffüh
ler-Referenzwertes, der Treibstoffübergang und die Anfangs-
Treibstoffpumpen-Laufverzögerungen wie auch die beschriebene
Behälterablaß-Abwandlung werden alle benutzt, obwohl es
wünschenswert sein kann, den Treibstoffübergang und die An
fangsverzögerung des Treibstoffpumpenlaufes mit dem Treib
stoffpumpendruck zu ändern, um die variable Strömungsrate
durch das System mit Treibstoffdruck auszugleichen. Die A/F-
Sperre bei der adaptiven Lernsteuerung ist nicht notwendig,
da der benutzte Wert des gewünschten A/F-Verhältnisses sich
nicht mit ALC% ändert.
Claims (4)
1. Treibstoffsteuerung für eine Maschine (11) eines Kraft
fahrzeugs (10) mit einem Treibstofftank (13), der ein
Flüssigtreibstoffgemisch aus ersten und zweiten brennba
ren Treibstoffen enthält, deren Flüchtigkeit sich mit dem
Relativanteil des ersten bzw. zweiten Treibstoffs ändert;
mit Einführungsmittel, das zur Zuführung des Flüssigtreib
stoffgemisches und Luft zur Maschine in einem vorbestimm
ten Luft/Treibstoff-Verhältnis wirksam ist; Behältermit
tel (17) in Fluidverbindung mit Treibstoffdampf im Treib
stofftank und wirksam, Treibstoffdampf aus diesem zu spei
chern; und Behälterablaßmittel (20) zur Erzielung einer
Fluidverbindung von dem Behältermittel zu dem Einführmit
tel zum Entfernen von Treibstoffdampf aus dem Behältermit
tel zu der Maschine mit einer gesteuerten Ablaßrate;
dadurch gekennzeichnet, daß ein Treibstoffzusammenset
zungs-Fühler (16) in einer Treibstoffleitung (15) zwi
schen der Maschine und dem Treibstofftank vorgesehen ist,
der auf einen physikalischen Parameter des Treibstoffge
mischs reagiert durch Erzeugung eines Treibstoffzusammen
setzungs-Signals, das für die Relativanteile des ersten
und des zweiten Treibstoffs im Treibstoffgemisch bezeich
nend ist, und daß das Behälterablaßmittel auf das Treib
stoffzusammensetzungs-Signal mit Änderung der Ablaßrate
in Abhängigkeit von der Treibstoffzusammensetzung rea
giert.
2. Treibstoffsteuerung nach Anspruch 1, bei der der erste
und der zweite Treibstoff Benzin bzw. Methanol ist und
das Behälterablaßmittel (20) die Ablaßrate in einem vorbe
stimmten Bereich von Treibstofftemperaturen so ändert,
daß sich eine höhere Ablaßrate für Benzin und Methanol zu
mindest bei einigen Anteilen ergibt als für Reinbenzin
oder Reinmethanol.
3. Treibstoffsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein Treibstofftemperatur-Fühler (30) vorgesehen
ist, der ein für die Treibstofftemperatur bezeichnendes
Signal erzeugt, und daß das Behälterablaßmittel (20)
weiter darauf mit Änderung der Ablaßrate reagiert.
4. Treibstoffsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Behälterablaßmittel (20) die Ablaßrate mit
steigender Treibstofftemperatur in einem vorbestimmten Be
reich von Treibstofftemperaturen erhöht.
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