DE4134349C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Lambdamittelwertverschiebung - Google Patents

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschieben des Lambdamittelwertes, auf den bei einer Zwei­ punkt-Lambdaregelung an einem Verbrennungsmotor im zeitli­ chen Mittel geregelt wird.

Stand der Technik

Aus DE 25 45 759 C2 ist ein derartiges Ver­ fahren bekannt, bei dem:

• - eine Regelabweichung zwischen dem aktuellen Wert einer den Lambdawert des Motorsabgases anzeigenden Größe und einem vorgegebenen festen Wert gebildet wird; und
• - eine Integration zum Bilden eines Stellgrößenanteils er­ folgt, wobei die Integration bei Vorliegen einer mageres Ge­ misch anzeigenden Regelabweichung in Richtung höherer Inte­ grationswerte (Anfetten) und bei Vorliegen einer fettes Ge­ misch anzeigenden Regelabweichung in Richtung kleinerer In­ tegrationswerte (Abmagerung) erfolgt und bei einem Vorzei­ chenwechsel der Regelabweichung auf dasjenige Vorzeichen, das zur gewünschten Lambdamittelwertverschiebung gehört, im folgenden Stoppvorzeichen genannt, die Integration zeitwei­ lig angehalten wird, wozu eine Integrations-Stoppzeitspanne verwendet wird, die immer dann neu gesetzt wird, wenn die vorliegende Integrations-Stoppzeitspanne abgelaufen ist.

Zum Veranschaulichen dieser Vorgehensweise sei, wie auch für alle weiteren Beispiele in der folgenden Beschreibung, ange­ nommen, daß der Lambdamittelwert in Richtung Fett gegenüber dem Lambdawert Eins verschoben werden soll. Alles im folgen­ den Ausgeführte gilt für eine Verschiebung in Richtung Mager entsprechend, wenn immer die Begriffe "Fett" und "Mager" gegeneinander vertauscht werden.

Mit welcher Größe die Regelabweichung gebildet wird, hängt von der Art der verwendeten Sonde ab. Gibt diese ein Signal aus, das unmittelbar zum Lambdawert des gemessenen Motorab­ gases proportional ist, ist die Regelabweichung die Diffe­ renz zwischen einem vorgegebenen Lambdawert, insbesondere dem Wert Eins, und dem aktuellen Lambdawert. Wird eine Sonde mit stark nichtlinearem Zusammenhang (Sprungverhalten) zwi­ schen Sondenspannung und Lambdawert verwendet, wird die Re­ gelabweichung üblicherweise als Differenz zwischen einer vorgegebenen Spannung im mittleren Spannungsbereich, z. B. 450 mV, und der aktuellen Sondenspannung gebildet. Der Wert der im mittleren Bereich vorgegebenen Spannung ist nicht allzu kritisch, da es im wesentlichen nur darauf ankommt, ob das Sondensignal gerade mageres oder fettes Gemisch anzeigt.

Ein Lambdaregler bildet mit Hilfe der Regelabweichung einen Stellwert, bei dem es üblicherweise um einen Multiplika­ tionsfaktor für eine vorsteuernde Einspritzzeit handelt. Dieser Multiplikationsfaktor hat in etwa den Wert Eins, wenn die Vorsteuer-Einspritzzeit so gewählt ist, daß sie ziemlich genau mit der Einspritzzeit übereinstimmt, die beim jeweili­ gen Betriebszustand des Motors erforderlich ist, um einen Lambdawert nahe bei Eins einzustellen.

Die Stellgröße, also der Regelfaktor, weist mindestens einen integralen Anteil auf. Daneben, oder auch alleinig, kann ein Festwertanteil verwendet werden. Im folgenden kommt es al­ lerdings entscheidend auf den integralen Anteil an. Solange ein fester Anteil (häufig Proportionalwert genannt) und/oder ein integraler Anteil symmetrisch zu beiden Seiten der Re­ gelabweichung Null verwendet werden, wird genau der Lambda­ mittelwert Eins erzielt. Gemäß der oben genannten Patentan­ meldeschrift wird aber zum Verschieben des Lambdamittelwer­ tes so vorgegangen, daß Festwerte immer in Richtung zum Er­ zielen eines fetten Gemisches wirken und/oder dann, wenn die Regelabweichung anzeigt, daß nach einer zu einem fetten Ge­ misch führenden Aufwärtsintegration eigentlich wieder eine Abwärtsintegration folgen müßte, die Aufwärtsintegration doch noch für eine vorgegebene Zeitspanne beibehalten wird. Alternativ zu diesen Möglichkeiten kann, was in der genann­ ten Schrift nicht erwähnt ist, auch so vorgegangen werden, daß Festwerte addiert werden, die zwar in bezug auf die Re­ gelabweichung Null symmetrisch bei der Bilden des Stellwerts eingesetzt werden, die jedoch unterschiedliche Beträge auf­ weisen, oder daß der Integrationswert dann, wenn die Regel­ abweichung eigentlich ein Abwärtsintegrieren nach einer Auf­ wärtsintegration fordert, zwar nicht mehr erhöht, aber doch für eine vorgegebene Zeitspanne unverändert beibehalten wird. Durch Variieren der Festwertbeträge, der Integra­ tions-Stoppzeitspannen oder auch der Integrationsgeschwin­ digkeit kann das Ausmaß der Lambdamittelwertverschiebung festgelegt werden. Die jeweils verwendeten Parameterwerte können fest vorgegeben sein. Vorzugsweise werden sie jedoch abhängig vom jeweils vorliegenden Betriebszustand des Ver­ brennungsmotors vorgegeben, wie dies in DE 30 39 436 C2 beschrieben ist.

Fig. 3 veranschaulicht eine Lambdaregelung der eingangs ge­ nannten Art für den Fall, daß keine zylinderindividuellen Störungen (Fig. 3A) vorliegen, während Fig. 4 die Regelung gemäß dem genannten Verfahren für den Fall individueller Störungen (Fig. 4A) zeigt. Zylinderindividuelle Störungen (oft "chemical noise" genannt) treten z. B. dadurch auf, daß bei einem Vierzylindermotor das Einspritzventil für einen Zylinder das Gemisch etwas mehr anfettet, als dies für die Gemische der drei anderen Zylinder gilt. Dieser Fall ist in Fig. 4 angenommen.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Regelabweichung zu einem Zeitpunkt T1 (Fig. 3C) das Vorzeichen von Minus nach Plus wechselt, was anzeigt, daß das Gemisch seine Zusammensetzung von Mager nach Fett ändert. Die Stellgröße FR (Fig. 3B) muß dem entgegenwirken, jedoch wird, wie oben genannt, der er­ haltene Stellgrößenwert zunächst für eine Integrations- Stoppzeitspanne tv beibehalten. Erst mit Ablauf dieser Zeit­ spanne erfolgt ein Festwertsprung pm Richtung Mager, und es wird in Richtung Mager, also zu einem kleineren Regelfaktor FR hin integriert. Sobald der aktuelle Regelfaktor unter seinen Neutralwert (im Beispiel mit 1 angenommen) fällt, müßte eigentlich wieder in Gegenrichtung integriert werden, jedoch ist zu beachten, daß sich der Regelfaktor auf die Einspritzzeit und damit die Gemischzusammensetzung am Einlaß des Motors auswirkt, während die dadurch hervorgerufene Än­ derung erst nach Ablauf einer Totzeit td, nämlich zu einem Zeitpunkt T2 (Fig. 3C), durch die im Abgasstrom angeordnete Sauerstoffsonde festgestellt wird. Es erfolgt dann unmittel­ bar, also ohne Einhalten einer Integrations-Stoppzeitspanne, ein Festwertsprung pf und eine Integration Richtung Fett. Dadurch wird auch schließlich wieder ein fettes Gemisch er­ zielt, was von der Sonde wiederum verzögert, nämlich zu einem Zeitpunkt T3, festgestellt wird. Dieser Zeitpunkt ent­ spricht zustandsmäßig dem Zeitpunkt T1, weswegen sich die ab diesem Zeitpunkt beschriebenen Abläufe wiederholen. Typi­ scherweise beträgt die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten T1 und T3 etwa 2 Sekunden, jedoch hängt sie stark davon ab, wie weit entfernt vom Gasauslaß aus dem Motor die Sauer­ stoffsonde im Abgasstrom angeordnet ist und wie hoch die Strömungsgeschwindigkeit (bedingt durch Drehzahl und Last des Motors) des Abgases ist.

Der oben genannte Neutralwert des Regelfaktors ist der Wert, bei dem jede kleine Abweichung von demselben ein Ändern der Gemischzusammensetzung nach Mager oder Fett bewirkt, je nach dem Vorzeichen der Änderung. Der zeitliche Mittelwert FR des Regelfaktors FR wird durch die Integrations-Stoppzeitspanne tv beeinflußt. Er liegt dann nicht mehr auf dem Neutralwert (hier "1"), sondern z. B. auf dem Wert 1,01. Er und damit der Lamdamittelwert kann so eingestellt werden, daß die Abgas­ zusammensetzung in den zulässigen Betriebsbereich des ver­ wendeten Katalysators fällt und damit die Schadgasanteile minimiert werden.

Aus den Fig. 4B und 4C ist unmittelbar ersichtlich, daß der eben beschriebene Ablauf stark gestört wird, wenn zylinder­ individuelle Störungen gemäß Fig. 4A vorhanden sind. Im dar­ gestellten Beispielsfall führten die Störungen zu einer un­ erwünschten Abmagerung des zeitlichen Mittelwerts FR von etwa 1%, so daß im Mittel ein Regelfaktor FR von etwa Eins erzielt wurde, obwohl mit Hilfe der Integrations-Stoppzeit­ spanne tv eigentlich ein Regelfaktormittelwert von etwa 1,01 eingestellt werden sollte.

Es bestand demgemäß das Problem, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Verschieben des Lambdamittelwertes anzugeben, die dazu in der Lage sind, die gewünschte Verschiebung auch noch im Fall von Störungen im wesentlichen zu gewährleisten.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die vorstehend genann­ ten Merkmale auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Integrationsstopp über die volle Integrations-Stopp­ zeitspanne im wesentlichen nur dann erfolgt, wenn die Stell­ größe in demjenigen Wertebereich liegt, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört.

Diesem Verfahren liegt die folgende Erkenntnis zugrunde. Die Integrations-Stoppzeitspanne wird beim herkömmlichen Verfah­ ren immer dann ausgelöst, wenn die Regelabweichung einen Wechsel von Fett nach Mager anzeigt. Gewollt ist hierbei eine Verlängerung des Aufenthalts der Stellgröße im fetten Bereich, also demjenigen Wertebereich, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört. Nun ist es jedoch so, daß aufgrund von Störungen kurzzeitige Wechsel von Fett nach Mager auch dann auftreten können, wenn eigentlich gerade ein mageres Gemisch vorliegt. Es wird dann die Integrations-Stoppzeitspanne ausgelöst, was zu einer Verlängerung des Aufenthalts der Stellgröße im mageren Be­ reich führt, obwohl die Integrations-Stoppzeitspanne hierfür eigentlich gar nicht vorgesehen ist. Dadurch, daß beim er­ findungsgemäßen Verfahren der Integrationsstopp nicht bei jedem Wechsel von Fett nach Mager erfolgt, sondern nur dann, wenn der Integrationsstopp zu einer Verlängerung des Aufent­ halts der Stellgröße im fetten Bereich beiträgt, wird die herkömmliche ungewollte starke Magerverschiebung im Fall von Störungen vermieden. Zugleich wird das Regelverhalten we­ sentlich regelmäßiger. Dies ist unmittelbar durch Verglei­ chen der Signalverläufe 5b und 5c, die für ein erfindungs­ gemäßes Verfahren aufgenommen wurden, mit den erläuterten Verläufen der Fig. 4B bzw. 4C ersichtlich.

Die simulierten Signalverläufe gemäß Fig. 5 wurden mit einem Verfahren erzielt, das die vorstehend genannte allgemeine Lehre dadurch realisiert, daß

• - die Integration immer nur für solche Teilzeitspannen ge­ stoppt wird, in denen die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
• - die Summe der letzten Teilzeitspannen seit dem Ablaufen der letzten Integrations-Stoppzeitspanne und der aktuell laufenden Teilzeitspanne haben die Integrations-Stoppzeit­ spanne noch nicht erreicht; und
• - das Vorzeichen der Regelabweichung ist das Stoppvorzei­ chen.

Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe der Vorzeichenüberprü­ fung für die Regelabweichung mittelbar die allgemeine Bedin­ gung erfüllt, daß die Stellgröße in demjenigen Bereich lie­ gen soll, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört, damit ein Integrationsstopp erfolgen kann. Dieses Verfahren führt zwar zu kurzen Inte­ grationsstopps auch im mageren Bereich, jedoch wirken sich diese verschiedentlich auftretenden kurzen Stopps in Teil­ zeitspannen in der Praxis nicht negativ aus, was auch aus dem Vergleich der Simulationsfiguren 4 und 5 unmittelbar erkennbar ist, worauf bereits hingewiesen wurde. Dieses Ver­ fahren hat den Vorteil, daß es sich mit geringstem Rechen­ aufwand realisieren läßt, da lediglich das Vorzeichen der Regelabweichung zu überprüfen ist, um Entscheidungen zu treffen.

Theoretisch etwas genauer, jedoch erheblich rechenaufwendi­ ger ist ein Verfahren, bei dem:

• - die Integration über die volle Integrations-Stoppzeitspan­ ne angehalten wird, sobald das Vorzeichen der Regelabwei­ chung auf das Stoppvorzeichen wechselt und dabei die Stell­ größe in demjenigen Wertebereich liegt, bezogen auf den Neutralwert der Stellgröße, der zur Verschiebung des Lambda­ mittelwerts in der gewünschten Richtung gehört; und
• - die Integration nicht angehalten wird, solange die Stell­ größe auf der anderen Seite des Stellgrößenneutralwerts liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verschieben des Lambda­ werts weist folgende Einrichtungen auf:

• - ein Subtraktionsglied zum Bilden der Regelabweichung zwi­ schen dem aktuellen Wert einer den Lambdawert des Motorab­ gases anzeigenden Größe und einem vorgegebenen festen Wert;
• - eine Integrationseinrichtung zum Bilden eines Stellgrößen­ anteils, wobei die Integration bei Vorliegen einer mageres Gemisch anzeigenden Regelabweichung in Richtung höherer In­ tegrationswerte (Anfettung) und bei Vorliegen einer fettes Gemisch anzeigenden Regelabweichung in Richtung kleinerer Integrationswerte (Abmagerung) erfolgt und bei einem Vorzei­ chenwechsel der Regelabweichung auf das Stoppvorzeichen die Integration zeitweilig angehalten wird; und
• - eine Zeitgebereinrichtung zum Vorgeben einer Integrations- Stoppzeitspanne zum genannten jeweiligen Anhalten der Inte­ gration, welche Integrations-Stoppzeitspanne immer dann neu gesetzt wird, wenn die vorige Integrations-Stoppzeitspanne abgelaufen ist;
• - wobei die Integrationseinrichtung und die Zeitgeberein­ richtung so ausgebildet sind, daß ein Integrationsstopp über die volle Integrations-Stoppzeitspanne im wesentlichen nur dann erfolgt, wenn die Stellgröße in demjenigen Wertebereich liegt, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung so aufgebaut, daß die Inte­ grationseinrichtung und die Zeitgebereinrichtung so ausge­ bildet sind, daß die Integration immer nur für solche Teil­ zeitspannen gestoppt wird, in denen die Summe der letzten Teilzeitspannen seit dem Ablaufen der letzten Integrations- Stoppzeitspanne und der aktuell laufenden Teilzeitspanne die Integrations-Stoppzeitspanne noch nicht erreicht hat und das Vorzeichen der Regelabweichung das Stoppvorzeichen ist.

Zeichnung

Fig. 1A1-1D2: jeweils paarweise zeitkorrelierte Darstel­ lung der Signalverläufe einer Regelabweichung und eines Re­ gelfaktors für eine Regelung ohne Störung nach dem erfin­ dungsgemäßen (durchgezogen) und einem bekannten (gestri­ chelt) Verfahren (A), für ein bekanntes Verfahren mit Stö­ rungen (B), ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren mit Stö­ rung (C) und ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren mit Störung (D);

Fig. 2A1 bis 1D2: Signalverläufe entsprechend denen von Fig. 1, jedoch für Verfahren, mit denen außer einem integra­ len Anteil noch ein Festwertanteil im Regelfaktor verwendet wird;

Fig. 3A bis 3C: bereits erläuterte Signalverläufe für ein bekanntes Verfahren ohne Störungen;

Fig. 4A bis 4C: bereits erläuterte Signalverläufe für das bekannte Verfahren gemäß Fig. 3, jedoch mit Störungen;

Fig. 5A bis 5C: bereits erläuterte Signalverläufe, entspre­ chend denen von Fig. 4, jedoch für ein erfindungsgemäßes Verfahren;

Fig. 6A und 6B: Darstellungen zum Erläutern, wie sich un­ terschiedliche digitale Integrationsverfahren auf eine Lambdawertverschiebung auswirken;

Fig. 7: Darstellung zum Erläutern, wie sich ein digitaler Integrationswert und ein Festwert auf eine Verschiebung des Lambdawertes auswirken; und

Fig. 8: Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Beim Beschreiben der Fig. 1 und 2 wird auf Zeiteinheiten Be­ zug genommen. Wenn jede Zeiteinheit mit 200 ms gleichgesetzt wird, ergeben sich ziemlich realistische Werte, nämlich etwa 200 ms für die Integrations-Stoppzeitspanne tv, 400 ms für die Totzeitspanne td und z. B. 1,8 sec für die Periode der Regelschwingung im Fall von Fig. 1A. Es sei darauf hingewie­ sen, daß herkömmliche Werte für die Integrations-Stoppzeit­ spanne tv und auch für Festwertsprünge pf, pm (siehe Fig. 2) verwendet werden können. Wesentlich für die Ausführungsbei­ spiele ist nur die Art und Weise, wie Integrationsstopps behandelt werden.

In den Fig. 1 und 2 sind die Signalverläufe der Regelabwei­ chungen RAW als Sprungfunktionen dargestellt. Tatsächlich sind die Sprungkanten stark abgerundet, was bereits aus der Simulation der oben angesprochenen Fig. 3C erkennbar ist und in der Praxis noch wesentlich stärker ausgeprägt ist, da auch die Sonde selbst ein Tiefpaßverhalten aufweist, wodurch z. B. auch noch die in Fig. 3 vorhandenen scharfen Abfälle von Fett in Richtung Mager ausgeschlossen sind.

Gemäß Fig. 1A1 wechselt die Regelabweichung RAW zu einem Zeitpunkt T1 ihr Vorzeichen von Minus nach Plus. Die positi­ ve Abweichung zeigt ein fettes, die negative ein mageres Ge­ misch an. Der Regelfaktor FR gemäß Fig. 1A2 sollte diesem Sprung entgegenwirken, jedoch erfolgt dies nicht unmittel­ bar, sondern erst mit Ablauf einer Integrations-Stoppzeit­ spanne tv. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Lambdamittel­ wert bei der Regelung in gewollter Weise etwas in Richtung Fett verschoben werden soll. Daher wird der zum Zeitpunkt T1 erzielte hohe Lambdawert etwas aufrechterhalten, um die Zeit für das Einspritzen fetten Gemisches zu verlängern. Sobald der nach Ablaufen der Integrations-Stoppzeitspanne tv ver­ ringerte Regelfaktor FR so groß ist (zu einem Zeitpunkt T01), daß er für das Einspritzen eines mageren Gemisches sorgt, läuft eine Totzeitspanne td an, mit deren Ablauf (Zeitpunkt T2) mageres Abgasgemisch die Sauerstoffsonde er­ reicht. Es soll nun wieder in Richtung Fett geregelt werden. Dies erfolgt auch unmittelbar, also ohne das Einhalten einer Integrations-Stoppzeitspanne tv. Der durch die Integration anwachsende Regelfaktor FR erreicht wieder (zu einem Zeit­ punkt T02) den Wert, bei dem sich der Charakter des Gemi­ sches ändert, diesmal von Mager nach Fett, ab welchem Zeit­ punkt wieder die Totzeitspanne td läuft. Mit ihrem Ablauf (zu einem Zeitpunkt T3) stellt die Sauerstoffsonde wieder das Vorliegen fetten Gemisches fest, wie zuvor im Zeitpunkt T1, woraufhin sich der ab dem Zeitpunkt T1 beschriebene Ab­ lauf wiederholt.

Das eben beschriebene zeitliche Spiel gilt sowohl für ein herkömmliches Verfahren wie auch für erfindungsgemäße Ver­ fahren, da keine Störungen auftreten, die erst unterschied­ liches Verhalten bewirken. Die Signalverläufe für das be­ kannte Verfahren (gestrichelt) und erfindungsgemäße Verfah­ ren (durchgezogen) sind daher identisch. Die Zeitspanne zwi­ schen den Zeitpunkten T1 und T2, also für die Zeit im Fet­ ten, beträgt vier Zeiteinheiten, und die zwischen den Zeit­ punkten T2 und T3, also für den Bereich im Mageren, beträgt fünf Zeiteinheiten. Als zeitlicher Mittelwert FR wurde für dieses Beispiel 1 + x/9 berechnet, wobei x den während der Totzeit td erzielten Regelhub des Integrators im Lambdareg­ ler bedeutet.

Anhand von Fig. 1B wird nun erläutert, wie ein herkömmliches Verfahren reagiert, wenn Störungen auftreten. Störungen sind in solcher Weise angenommen, daß die Regelabweichung nach einem Vorzeichenwechsel nach längerem Aufenthalt beim ande­ ren Vorzeichen mehrfach ihr Vorzeichen relativ schnell wech­ selt. Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 findet jeder kurze Wechsel nach einer Viertelzeiteinheit statt, und zwar zu Zeitpunkten, die jeweils mit s1 und s2 angezeigt werden, also anschließend an den Zeitpunkt T1 z. B. T1s1 und T1s2 bezeichnet sind.

Gemäß Fig. 1B2 wird zum Zeitpunkt T1, wie auch im Fall des Verlaufs von Fig. 1A2, die Integrations-Stoppzeitspanne tv gesetzt. Die kurzzeitige Störung unmittelbar nach dem Zeitpunkt T1 bleibt daher unbeachtet, weswegen der Zeitpunkt T2 über den Zeitpunkt T01 wie im Fall von Fig. 1A erreicht wird. Zum Zeitpunkt T2 wechselt die Regelabweichung von Fett nach Mager, weswegen sofort mit der Integration nach größeren Regelfaktorwerten begonnen wird. Bereits eine Viertelzeitspanne später erfolgt jedoch zum Zeitpunkt T2s1 ein Wechsel von Mager nach Fett. Dies löst sofort den Start der Integrations-Stoppzeitspanne aus. Erst nach deren Ablauf wird die Integration zu größeren Regelfaktoren hin weiterge­ führt. Durch den Integrationsstopp im mageren Gebiet wird der Aufenthalt des Regelfaktors im mageren Gebiet verlän­ gert, und zwar von vier auf fünf Zeiteinheiten im darge­ stellten und erläuterten Beispiel. Auch der Mittelwert FR des Regelfaktors und somit der Lambdamittelwert wird verän­ dert. Für Fig. 1B2 wurde FR = 1 + x/80 berechnet. Das be­ deutet, daß die eigentlich gewollte Fettverschiebung in un­ gewollter Weise durch die Störungen rückgängig gemacht wur­ de (Fettverschiebung von 0,012 . x, gegenüber 0,111 . x im un­ gestörten Fall.

Der eben genannte Nachteil wird durch die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele der Fig. 1C und D vermieden.

Wenn gemäß Fig. 1C zum Zeitpunkt T1 ein Wechsel des Vorzei­ chens der Regelabweichung RAW von Mager nach Fett (Minus nach Plus) erfolgt, wird die Integrations-Stoppzeitspanne gestartet. Die Integration wird jedoch sofort weitergeführt, sobald zum Zeitpunkt T1s1 der umgekehrte Wechsel erfolgt (nach einer Teilzeitspanne tv1). Beim erneuten Wechsel von Mager nach Fett zum Zeitpunkt T1s2 wird die Integration wie­ der angehalten. Sie bleibt jetzt so lange angehalten, bis der Rest tv3 der Integrations-Stoppzeitspanne tv abgelaufen ist. Insgesamt setzt sich diese aus drei Teilzeitspannen tv1 (erst im weiteren Verlauf dargestellt), tv2 und tv3 zusam­ men. Mit Ablauf der Integrations-Stoppzeitspanne tv wird der Regelfaktor integrierend verringert, bis über den Zeitpunkt T01 wieder der Zeitpunkt T2 erreicht ist, in dem die Sauer­ stoffsonde nunmehr wieder mageres Gemisch feststellt. Die Integrationsrichtung wird sofort umgekehrt, jedoch erfolgt zum Zeitpunkt T2s1 wieder ein Anhalten wie im Fall von Fig. 1B2. Nun wird jedoch nicht die Integration für die gesamte Integrations-Stoppzeitspanne angehalten, sondern nur (für eine Teilzeitspanne t1') bis zum erneuten Wechsel von Fett nach Mager zum Zeitpunkt T2s2. Jetzt zeigt die Regelabwei­ chung RAW endgültig mageres Gemisch an, weswegen der Regel­ faktor in Richtung fett dauernd nach oben integriert wird, bis erneut über den Zeitpunkt T02 der Zeitpunkt T3 erreicht ist. In diesem Fall gibt es im mageren Gebiet zwar auch Integrationsstopps, jedoch nicht über die gesamte Integra­ tions-Stoppzeitspanne tv, sondern nur über die Teilzeitspan­ nen tv1'. Als Mittelwert stellt sich ein Regefaktorwert FR von 1 + (1,125/9,5) . x gemäß berechnetem Beispiel ein, also eine Fettverschiebung von 0,118 . x im ungestörten Fall.

Bei der Variante gemäß Fig. 1B wird auf andere Weise als bei derjenigen gemäß Fig. 1C dafür gesorgt, daß es zu keiner Verlängerung der Verweilzeit des Regelfaktors im mageren Ge­ biet aufgrund von Störungen kommt. Es wird hier die Integra­ tions-Stoppzeitspanne tv nicht in Einzelstücke unterteilt, unabhängig davon, ob der Regelfaktor im fetten oder im mage­ ren Bereich liegt, sondern die Zeitspanne wird einheitlich angewendet, jedoch nur im fetten Bereich. Bei Erreichen des Zeitpunktes T1 wird somit, wie anhand von Fig. 1A beschrie­ ben, die gesamte Integrations-Stoppzeitspanne tv gestartet. Nach ihrem Ablauf ist der weitere Signalverlauf bis zum Zeitpunkt T2 identisch. Dort kehrt die Integrationsrichtung um, jedoch stellt sich kurze Zeit später ein Problem, wenn nämlich zum Zeitpunkt T2s1 ein Wechsel in der Regelabwei­ chung von Mager nach Fett erfolgt. Dieser Wechsel löste nach allen bisher beschriebenen Varianten einen zumindest kurzen Integrationsstopp aus. Bei der Variante gemäß Fig. 1D wird jedoch geprüft, ob der Regelfaktor FR im fetten oder im ma­ geren Bereich liegt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß geprüft wird, ob er größer als Eins (Fett) oder kleiner als Eins (Mager) ist. Eine andere Möglichkeit ist die, den je­ weils aktuellen Wert mit einem gleitenden Mittelwert zu ver­ gleichen. Wird festgestellt, daß der Regelfaktor auf derje­ nigen Seite (hier Mager zum Zeitpunkt T2s1) liegt, der der­ jenigen Seite abgewandt ist, in die der Lambdawert verscho­ ben werden soll (hier Fett), erfolgt kein Integrationsstopp. Die gleiche Prüfung, mit dem gleichen Ergebnis, muß nochmals zum Zeitpunkt T2s3 erfolgen. Da sich in beiden Fällen er­ gibt, daß die Integration zu größeren Werten hin nicht ange­ halten werden soll, folgt der Signalverlauf weiterhin demje­ nigen, wie er anhand von Fig. 1A beschrieben wurde. Demgemäß ergibt sich der selbe Mittelwert für den Regelfaktor FR wie im ungestörten Fall, als FR = 1 + x/9 mit der Fettverschie­ bung 0,111 . x.

Die Signalverläufe der Fig. 2A1 bis 2D2 sind denjenigen der Fig. 1A1 bis 1D2 sehr ähnlich, mit dem Unterschied, daß der Regelfaktor FR nicht nur durch Integration, sondern auch mit Hilfe zweier im Betrag gleicher, jedoch im Vorzeichen ent­ gegengesetzter Festwertsprünge pm und pf verändert wird. Der Festwertsprung pm schliesst sich dabei zum Verstellen in Richtung Mager an den Ablauf der Integrations-Stoppzeit­ spanne tv im fetten Bereich an. Der entsprechende Gegen­ sprung in Richtung Fett schließt sich immer dann an, wenn die Integrationsrichtung von einer Integration Mager unmit­ telbar in eine solche Richtung Fett umgedreht wird. Bei einer Änderung von einem Integrationsstopp in eine Integra­ tion Richtung Fett wird also der Festwertsprung pf nicht verwendet. Der Betrag der Festwertsprünge entspricht im Bei­ spiel jeweils einem Viertel des Gesamthubes des Regelfaktors für den ungestörten Fall.

Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich die folgenden zeitlichen Mittelwerte für den Regelfaktor: 1 + x/7, also eine Fettverschiebung von 0,143 . x für den Fall ohne Störun­ gen sowohl bei einem bekannten wie auch bei erfindungsgemä­ ßen Verfahren; 1 + (5/64) . x, also eine Fettverschiebung von 0,078 . x, somit eine erheblich geringere Verschiebung als gewollt im Fall von Störungen beim bekannten Verfahren; 1 + (3/20) . x, also eine Fettverschiebung von 0,15 . x und somit eine geringfügig stärkere Anfettung als gewollt im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens von Fig. 2C mit der unterteil­ ten Integrations-Stoppzeitspanne sowohl im Fetten wie auch im Mageren; und 1 + x/7, also eine Fettverschiebung von 0,143 . x im Fall der zweiten erfindungsgemäßen Variante gemäß Fig. 2D mit einem Anwenden der Integrations-Stoppzeitspanne nur dann, wenn sowohl ein Sprung in der Regelabweichung von Mager nach Fett erfolgt und dazuhin der Regelfaktor im fet­ ten Bereich liegt.

Bei den Varianten gemäß den Fig. 1C und 2C erfolgt jeweils eine unerwünschte geringfügige Anfettung. Dies, weil sich die zwischenzeitlichen Integrationen im Fetten während der Unterbrechungen der Integrations-Stoppzeitspanne stärker auswirken als die kurzzeitigen Integrationsstopp-Teilzeit­ spannen im Mageren. Ob letztendlich eine ungewollte leichte Anfettung oder Abmagerung entsteht, hängt unter anderem von den verwendeten Integrationskonstanten, aber auch von unter Umständen unterschiedlichen Störfällen im Mageren und im Fetten ab. Im Mittel bestehen jedoch die letztgenannten Un­ terschiede typischerweise nicht, und die Integrationskon­ stanten und die Störzeitspannen stehen in solchem Verhältnis zueinander, daß es in der Regel tatsächlich zu einer gering­ fügigen Anfettung kommt. Simulationen zeigen, daß die uner­ wünschte Anfettung tatsächlich in der Größenord­ nung liegt, wie sie sich aus den veranschaulichenden Bei­ spielen der Fig. 1C und 2C ergibt. Sollen jedoch auch noch derartige kleine Störungen verhindert werden, bieten sich zahlreiche Lösungsmöglichkeiten an, die alle darauf hinaus­ laufen, kleinere Änderungen in Richtung Fett zu sperren, aber solche in Richtung Mager zuzulassen. Zwei Varianten hierzu werden, für digitale Integration, anhand der Fig. 6 und 7 erläutert.

In den Fig. 6 und 7 stellt jeweils die oberste Signallinie die Regelabweichung RAW dar. Darunter sind mit vertikalen Punktlinien die Zeitpunkte gekennzeichnet, denen eine Abta­ stung der Regelabweichung und eine Neuberechnung des Regel­ faktors FR ausgeführt wird. Wie es aus der vorstehenden Be­ schreibung bekannt ist, soll beim Vorliegen bestimmter Be­ dingungen integriert werden und beim Vorliegen anderer Be­ dingungen nicht integriert werden. Nun ist es so, daß man bei digitaler Integration zwei Möglichkeiten hat, eine Nichtintegration zu berücksichtigen. Die erste ist die, daß man dann, wenn sich zu einem Zeitpunkt ergibt, daß nicht in­ tegriert werden soll, diese Nichtintegration auf die folgen­ de Zeitspanne bis zur nächsten Abtastung bezieht. Diese Va­ riante ergibt die durchgezogene Linie für den Regelfaktor FR in den Fig. 6A und 6B. Die andere Variante ist die, daß die­ se Information auf die jeweils gerade abgelaufene Zeitspanne bezogen wird. Dies ergibt die gestrichelten Verläufe in den genannten Figuren. In den meisten Fällen ergibt sich letzt­ endlich dasselbe Integrationsergebnis, unabhängig davon, ob die Nichtintegrationsbedingung jeweils auf die zurückliegen­ de oder die folgende Zeitspanne bezogen wird. Dieser typi­ sche Fall ist in Fig. 6A dargestellt. Ein Sonderfall tritt jedoch auf, wenn die Integrationsrichtung wechselt und die­ sem Wechsel eine Nichtintegrations-Rechenzeitspanne voran­ ging. Dann geht eine Integration in der vorigen Integra­ tionsrichtung verloren. Dieser Fall ist in Fig. 6B darge­ stellt. Er tritt bei den Varianten gemäß den Fig. 1C und 2C nur beim Wechsel der Integration Richtung Fett auf die Rich­ tung Mager auf und führt zu einem Inkrement mehr in Richtung Mager, wenn die Nichtintegrationsinformation jeweils auf die zurückliegende Zeitspanne bezogen wird. So kann ein leichtes Abmagern herbeigeführt werden.

Die Variante gemäß Fig. 7 betrifft einen Sprung in der Re­ gelabweichung von Fett nach Mager. Es wurde daher zunächst zu kleineren Werten des Regelfaktors FR integriert, wobei in Fig. 7 angenommen ist, daß die Information, daß integriert werden soll, immer aus der abgelaufenen Rechenzeitspanne stammt. Sobald der Wechsel von Fett nach Mager festgestellt wird, erfolgt bei den Ausführungsbeispielen ein Sprung im Regelfaktor FR um den Festwert pf in Richtung Fett. Norma­ lerweise wird bei einem derartigen Sprung der sich aus der vorangehenden Rechenzeitspanne ergebende Integrationswert in Richtung Mager verworfen. Wird dies jedoch nicht getan, han­ delt es sich ebenfalls um eine Möglichkeit, eine sehr kleine Magerverschiebung herbeizuführen.

Anhand des Blockschaltbildes von Fig. 8 sei schließlich noch eine Vorrichtung zum Ausführen der vorstehend beschriebenen Verfahren erläutert. Diese Vorrichtung besteht aus einem Regler 10 mit einer Vorzeichenerkennung 11, die ihre Signale an eine Festwert-Ausgabeeinrichtung 12, eine Integrations­ wertberechnungs- und Ausgabeeinrichtung 13 und einen Zeit­ geber 14 ausgibt. Die Festwert-Ausgabeeinrichtung 12 erhält noch das Ausgangssignal vom Zeitgeber 14, um mit den beiden ihr zugeführten Signalen gemäß einem der vorstehend be­ schriebenen Verfahren zu entscheiden, ob sie den Festwert pm oder den Festwert pf ausgeben soll. Der Zeitgeber 14 läßt die Integrations-Stoppzeitspanne immer dann weiterlaufen, wenn sich ein Vorzeichenwechsel von Fett nach Mager ergibt. Sobald die Summe aller abgelaufenen Teilzeitspannen und der ablaufenden Teilzeitspanne die gesetzte Integrations-Stopp­ zeitspanne erreicht, wird der Integrationsstopp aufgehoben und die Integrations-Stoppzeitspanne wird neu gesetzt.

Die Vorzeichenerkennung 11 verwertet ein Regelabweichungs­ signal RW, das von einem Subtraktionsglied 15 gebildet wird. Dieses subtrahiert eine feste Spannung von 450 mV (im darge­ stellten Ausführungsbeispiel) von einer Spannung US, wie sie von einer Sauerstoffsonde geliefert wird. Diese Spannung ist im mageren Bereich deutlich kleiner als 450 mV und im fetten Bereich deutlich größer. Wenn als Größe zum Bilden der Re­ gelabweichung unmittelbar der Lambdawert verwendet wird, ist der jeweils aktuelle Wert von einem festen Wert abzuziehen, um wiederum im Fetten positive und im Mageren negative Werte der Regelabweichung RAW zu erhalten.

Das Ausgangssignal von der Festwert-Ausgabeeinrichtung 12 wird zu den beim oben beschriebenen Ververahrensablauf defi­ nierten Zeitpunkten in der Integrationseinrichtung 13 zum Integrationswert addiert und der so gewonnene Wert wird als Regelfaktor FR ausgegeben. Dieser wird in einem Multiplika­ tionsglied 17 mit einer Vorsteuereinspritzzeit tiv multipli­ ziert, was die tatsächliche Einspritzzeit ti ergibt.

Es ist zu beachten, daß im Blockschaltbild von Fig. 8 alle aus dem Stand der Technik bekannten Details weggelassen sind, die für die Erfindung nicht von Bedeutung sind. So ist z. B. nicht eingezeichnet, wie die Vorsteuereinspritzzeit tiv erhalten wird, wie diese Zeit noch an sich ändernde Be­ triebsbedingungen adaptiert wird und wie Parameter des Reg­ lers 10, insbesondere die Integrations-Stoppzeitspanne tv und die Festwerte pm und pf abhängig vom Betriebszustand des geregelten Motors verändert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verschieben des Lambdawertes, auf den bei einer Zweipunkt-Lambdaregelung an einem Verbrennungsmotor im zeitlichen Mittel geregelt wird, bei dem:

• 1. eine Regelabweichung zwischen dem aktuellen Wert einer den Lambdawert des Motorabgases anzeigenden Größe und einem vor­ gegebenen festen Wert gebildet wird; und
• 2. eine Integration zum Bilden eines Stellgrößenanteils er­ folgt, wobei die Integration bei Vorliegen einer mageres Ge­ misch anzeigenden Regelabweichung in Richtung höherer Inte­ grationswerte (Anfettung) und bei Vorliegen einer fetten Ge­ misch anzeigenden Regelabweichung in Richtung kleinerer In­ tegrationswerte (Abmagerung) erfolgt und bei einem Vorzei­ chenwechsel der Regelabweichung auf dasjenige Vorzeichen, das zur gewünschten Lambdawertverschiebung gehört, im fol­ genden Stoppvorzeichen genannt, die Integration zeitweilig angehalten wird, wozu eine Integrations-Stoppzeitspanne ver­ wendet wird, die immer dann neu gesetzt wird, wenn die vori­ ge Integrations-Stoppzeitspanne abgelaufen ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. ein Integrationsstopp über die volle Integrations-Stopp­ zeitspanne im wesentlichen nur dann erfolgt, wenn die Stell­ größe in demjenigen Wertebereich liegt, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Integration immer nur für solche Teilzeitspannen ge­ stoppt wird, in denen die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
  • 1. die Summe der letzten Teilzeitspannen seit dem Ablaufen der letzten Integrations-Stoppzeitspanne und der aktuell laufenden Teilzeitspanne hat die Integrations-Stoppzeit­ spanne noch nicht erreicht; und
  • 2. das Vorzeichen der Regelabweichung ist das Stoppvorzei­ chen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Integration über die volle Integrations-Stoppzeitspan­ ne angehalten wird, sobald das Vorzeichen der Regelabwei­ chung auf das Stoppvorzeichen wechselt und dabei die Stell­ größe in demjenigen Wertebereich bezogen auf den Mittelwert der Stellgröße liegt, der zur Verschiebung des Lambdawerts in der gewünschten Richtung gehört; und
• 2. die Integration nicht angehalten wird, solange die Stell­ größe auf der anderen Seite des Stellgrößenmittelwerts liegt.

4. Vorrichtung zum Verschieben des Lambdawertes, auf den bei einer Zweipunkt-Lambdaregelung an einem Verbrennungsmo­ tor im zeitlichen Mittel geregelt wird, mit

• 1. einem Subtraktionsglied (15) zum Bilden einer Regelabwei­ chung zwischen dem aktuellen Wert einer den Lambdawert des Motorabgases anzeigenden Größe und einem vorgegebenen festen Wert;
• 2. einer Integrationseinrichtung (13) zum Bilden eines Stell­ gräßenanteils, wobei die Integration bei Vorliegen einer mageres Gemisch anzeigenden Regelabweichung in Richtung hö­ herer Integrationswerte (Anfettung) und bei Vorliegen einer fettes Gemisch anzeigenden Regelabweichung in Richtung klei­ nerer Integrationswerte (Abmagerung) erfolgt und bei einem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung auf dasjenige Vorzei­ chen, das zur gewünschten Lambdawertverschiebung gehört, im folgenden Stoppvorzeichen genannt, die Integration zeitwei­ lig angehalten wird; und
• 3. einer Zeitgebereinrichtung (14) zum Vorgeben einer Inte­ grations-Stoppzeitspanne zum genannten zeitweiligen Anhalten der Integration, welche Integrations-Stoppzeitspanne immer dann neu gesetzt wird, wenn die vorige Integrations-Stopp­ zeitspanne abgelaufen ist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (13) und die Zeitgebereinrichtung (14) so ausgebildet sind, daß ein Integrationsstopp über die volle Integrations-Stoppzeit­ spanne im wesentlichen nur dann erfolgt, wenn die Stellgröße in demjenigen Wertebereich liegt, der zur Verschiebung des Lambdamittelwerts in der gewünschten Richtung gehört.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (13) und die Zeitgebereinrich­ tung (14) so ausgebildet sind, daß die Integration immer nur für solche Teilzeitspannen gestoppt wird, in denen die Summe der letzten Teilzeitspannen seit dem Ablauf der letzten In­ tegrations-Stoppzeitspanne und der aktuell laufenden Teil­ zeitspanne die Integrations-Stoppzeitspanne noch nicht er­ reicht hat und das Vorzeichen der Regelabweichung das Stopp­ vorzeichen ist.