DE4203502A1

DE4203502A1 - Verfahren und vorrichtung zum beurteilen der funktionsfaehigkeit einer lambdaregelung

Info

Publication number: DE4203502A1
Application number: DE4203502A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Wild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1993-08-12
Also published as: WO1993016277A1; EP0579794A1; EP0579794B1; JP3451087B2; KR100237272B1; DE59301082D1; JPH06506752A; US5404861A

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambdaregelung für einen Verbrennungsmotor, die Stellwerte FR ausgibt, die um einen Sollstellwert FR_SOLL schwanken sollen.

Stand der Technik

Um beim Betrieb von Verbrennungsmotoren möglichst wenig Schadgas zu erzeugen, werden diese mit einer Lambdaregelung mit Vorsteuerung betrieben. Dadurch werden Kraftstoffmengen bestimmt, die dem Motor jeweils derart passend zur angesaug ten Luft zuzuführen sind, daß ein vorgegebener Lambdawert möglichst genau eingehalten wird. Wenn sich Werte von Be triebsgrößen ändern, wird durch die Vorsteuerung sofort ein an die geänderten Betriebswerte angepaßter Wert für die Kraftstoffzumessung bestimmt, der dann mit Hilfe der Lambda regelung feineingestellt wird.

Die Vorsteuerwerte werden für einen jeweiligen Verbrennungs motor für jeweils genau festgelegte Betriebswerte und Be triebsparameter bestimmt. Nun weichen jedoch beim prakti schen Betrieb eines Verbrennungsmotors die aktuellen Be triebsparameter häufig von denen ab, die beim Bestimmen der Vorsteuerwerte verwendet wurden, z. B. wird ein anderer Kraftstoff verwendet. Dann passen die vorbestimmten Vorsteu erwerte nicht genau zum aktuellen Betriebsfall. Um diesem Mangel abzuhelfen, existieren sogenannte lernende oder adap tive Lambdaregelungssysteme. Diese geben mindestens einen Adaptionswert aus, mit Hilfe dessen die Vorsteuerwerte kor rigiert werden. Der Adaptionswert wird mit Hilfe der Abwei chung bestimmt, die der vom Lambdaregler ausgegebene Stell wert von einem Sollstellwert aufweist.

Während des Betreibens eines Verbrennungsmotors können den Schadgasausstoß erhöhende Fehler auftreten. Die Kaliforni sche Umweltbehörde CARB fordert, daß ein Fehler dann ange zeigt werden soll, wenn beim sogenannten FTP-Zyklus der zu lässige Grenzwert für ein Schadgas um 50% überschritten wird. Sie hat in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, minde stens einen Adaptionswert zu überwachen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn dieser einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Es hat sich herausgestellt, daß Verfahren und Vorrichtungen gemäß diesem Vorschlag nicht dazu in der Lage sind, alle Fehler anzuzeigen, die dazu führen, daß der Grenzwert für ein Schadgas im FTP-Zyklus um 50% überschritten wird.

Es bestand demgemäß die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vor richtung zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambda regelung anzugeben, die dazu in der Lage sind, Schwierigkei ten bei der Regelung anzuzeigen, die zu einer unerwünschten Erhöhung des Schadgasausstoßes führen.

Darstellung der Erfindungen

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beurteilen der Funktions fähigkeit einer Lambdaregelung, die Stellwerte FR ausgibt, die um einen Sollstellwert FR_SOLL schwanken sollen, welche Lambdaregelung von einer Adaption unterstützt wird, die Adaptionswerte ausgibt, ist dadurch gekennzeichnet, daß

- fortlaufend der aktuelle Wert EW einer Entscheidungsgröße berechnet wird, die die gemittelte betragsmäßige Abweichung der Stellwerte vom Sollstellwert anzeigt;
- der aktuelle Wert mit einem Entscheidungsgrößen-Schwellen wert SW_EW verglichen wird; und
- ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn der aktuelle Wert den Entscheidungsgrößen-Schwellenwert überschreitet.

Vorzugsweise werden zum Beurteilen, ob das Fehlersignal aus gegeben werden soll, nicht nur die Entscheidungswerte ver wendet, sondern auch die Werte der mindestens einen Adap tionsgröße werden hinzugezogen. In diesem Fall wird das Feh lersignal entweder dann ausgegeben, wenn der aktuelle Ent scheidungswert den zugehörigen Schwellenwert überschreitet oder wenn ein Adaptionswert seinen zugehörigen Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall, wo der Entscheidungswert zu sätzlich zu den Adaptionswerten zum Beurteilen der Funk tionsfähigkeit verwendet wird, ist es von weiterem Vorteil, den Entscheidungswert mit größerer Zeitkonstante zu bestim men als den mindestens einen Adaptionswert. Dann werden Feh ler in der Regel über die Adaptionswerte angezeigt, während ein Anzeigen über den Entscheidungswert nur in Sonderfällen erfolgt.

Die Erkenntnis, die dem genannten Verfahren zugrunde liegt, sei nun anhand eines Beispiels veranschaulicht. Es sei ange nommen, daß bei hohen Lasten die Kraftstoffpumpe am lambda geregelten Verbrennungsmotor nicht mehr die angeforderte Kraftstoffmenge liefern kann. Dann stellt sich ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch ein. Dies hat zur Folge, daß der von der Lambdaregelung ausgegebene Stellwert vom Sollstellwert abweicht. Infolgedessen erhöhen sich die Werte der Entschei dungsgröße und der Adaptionsgrößen. Nach einer Zeitspanne von maximal einigen 10 Sekunden werde der hohe Lastbereich wieder verlassen. Dadurch, daß mindestens ein Adaptionswert vergrößert wurde, wird jetzt ein fettes Gemisch eingestellt, wodurch nun der Stellwert nach der anderen Seite vom Soll stellwert abweicht als zuvor. Der mindestens eine erhöhte Adaptionswert wird daher wieder erniedrigt. Dagegen wird der Entscheidungswert weiter erhöht, da es bei ihm ja, im Gegen satz zu den Adaptionswerten, auf die gemittelte betragsmäßi ge Abweichung der Stellwerte vom Sollstellwert ankommt.

Mit Hilfe der Adaptionswerte können also nur Fehler ange zeigt werden, die sich im gesamten Betriebsbereich eines Verbrennungsmotors auswirken, sei es auch in einzelnen Teil bereichen etwas mehr oder etwas weniger. Dagegen können mit Hilfe des Entscheidungswertes nicht nur diese Fehler, son dern auch solche erkannt werden, die sich nur in einem Teil bereich auswirken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beurteilen der Funk tionsfähigkeit einer Lambdaregelung, die Stellwerte FR aus gibt, die um einen Sollstellwert FR_SOLL schwanken sollen, welche Lambdaregelung von einer Adaption unterstützt wird, die Adaptionswerte ausgibt, ist gekennzeichnet durch:

- eine Berechnungseinrichtung zum fortlaufenden Berechnen des aktuellen Wertes EW einer Entscheidungsgröße, die die gemittelte betragsmäßige Abweichung der Stellwerte vom Soll stellwert anzeigt; und
- eine Vergleichseinrichtung, die den aktuellen Wert mit einem Entscheidungsgrößen-Schwellenwert SW_EW vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, wenn der aktuelle Wert den Ent scheidungsgrößen-Schwellenwert überschreitet.

Zeichnung

Fig. 1: Blockfunktionsdiagramm zum Erläutern eines erfin dungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambdare gelung; und

Fig. 2: Flußdiagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambdaregelung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Das Blockdiagramm von Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Lambdaregelungsblock 11 mit vorgesteuerter adaptiver Lambdaregelung sowie einen Fehlermeldeblock 12.

Im Lambdaregelungsblock 11 sind ein Vorsteuerkennfeld 13, eine Lambdaregelung 14, eine Adaption 15, ein Adaptionsad dierer 16, ein Adaptionsmultiplizierer 17 und ein Regelungs multiplizierer 18 vorhanden. Das Vorsteuerkennfeld 13 wild über Drehzahlwerte n und Lastwerte L adressiert und gibt Vorsteuerwerte tv für Einspritzzeiten aus. Zu einem jeweili gen Vorsteuerwert wird im Adaptionsaddierer 16 ein adaptiver Adaptionswert AWA addiert, dann wird im Adaptionsmultipli zierer 17 mit einem multiplikativen Adaptionswert AWM multi pliziert, und schließlich wird im Regelungmultiplizierer 18 mit einem Regelungsfaktor FR multipliziert. Letzterer wird von der Lambdaregelung 14 aufgrund einer Regelabweichung zwischen einem Ist-Lambdawert λ_IST und einem Soll-Lambda wert λ_SOLL gebildet. Der Regelungsfaktor FR ist der Stell wert der Lambdaregelung. In einer Subtraktionseinrichtung 19 wird von diesem Stellwert der Sollstellwert "1" abgezogen, und mit Hilfe der so gebildeten Stellwertabweichung ΔFR wer den von der Adaption 15 die Adaptionswerte AWA und AWM be rechnet.

Es wird darauf hingewiesen, daß es in der Praxis zahlreiche Varianten von Lambdaregelungsblöcken gibt, die jedoch alle im wesentlichen dieselbe Funktion aufweisen wie der vorste hend erläuterte. So können schon die Vorsteuerwerte tv auf unterschiedlichste Weise bestimmt werden, z. B. auch ohne Kennfeld. Der Adaptionsaddierer 16 und der Adaptionsmulti plizierer 17 können auch hinter dem Regelungsmultiplizierer 18 liegen statt davor. Statt zweier Adaptionswerte kann die Adaption 15 auch nur einen einzigen oder auch drei solcher Werte oder noch mehr ausgeben. So können bei niederer Dreh zahl und hoher Last Leckluftfehler adaptiert werden, die vorzugsweise additiv vor der Verknüpfung mit dem Stellwert berücksichtigt werden. Multiplikative Fehler, wie sie durch Luftdruckänderungen oder Änderungen in Kraftstoffeigenschaf ten verursacht werden, können multiplikativ vor oder hinter der Verknüpfung mit dem Stellwert berücksichtigt werden. Schließlich können Öffnungs- und Schließzeiten von Ein spritzventilen bei hoher Drehzahl und hoher Last adaptiert werden und additiv nach der Verknüpfung mit dem Stellwert berücksichtigt werden.

Der Fehlermeldeblock 12 beinhaltet einen Berechnungsblock 20 und einen Vergleichsblock 21. Die Berechnungseinrichtung 20 erhält die Stellwertabweichung ΔFR und berechnet aus dieser einen Erwartungswert EW vorzugsweise als Varianz, d. h. als Mittelwert der Quadrate der Stellwertabweichung, also als:

Statt der Varianz kann jedoch auch der einfache betragsmäßi ge Mittelwert als Entscheidungswert berechnet werden, also:

Weiterhin kann als Entscheidungswert eine Ereigniszahl ver wendet werden, z. B. die Zahl, die angibt, wie oft innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne oder innerhalb einer vorgege benen Anzahl untersuchter Stellwertabweichungen der Wert |ΔFR| einen Schwellenwert überschreitet, also:

EW = Häufigkeit von |ΔFR| < Schwellenwert.

Wesentlich für die Bestimmung des Entscheidungswertes EW ist nicht die konkrete Berechnungsart, sondern es ist von Bedeu tung, daß eine betragsmäßig gemittelte Abweichung bestimmt wird. Auf das Verwenden des Betrags kommt es an, damit so wohl Stellwertabweichungen, wie sie durch das Auftreten eines Fehlers verursacht werden, wie auch solche, die durch das Verschwinden dieses Fehlers bedingt sind, berücksichtigt werden. Die Mittelung ist von Bedeutung, damit nicht jede schnell vorübergehende größere Stellwertabweichung zur Aus gabe eines Fehlersignals FS durch den Vergleichsblock 21 er folgt, der nämlich den jeweils aktuellen Entscheidungswert EW mit einem Entscheidungsgrößen-Schwellenwert vergleicht und das genannte Fehlersignal ausgibt, wenn der Entschei dungswert den Entscheidungsgrößen-Schwellenwert überschrei tet. Beim Ausführungsbeispiel wird die Mittelung mit Hilfe eines digitalen Tiefpaßfilters vorgenommen, wie weiter unten anhand von Schritt s2 des Flußdiagramms von Fig. 2 erläu tert. Dabei wird eine Tiefpaßkonstante verwendet, die einer Zeitkonstante von einigen 10 Sekunden im Fall eines entspre chenden Integriergliedes entspricht.

Mit den Funktionsblöcken gemäß Fig. 1 ist ein Verfahren aus führbar, wie es nun anhand von Fig. 2 beschrieben wird.

Nach dem Start des Verfahrens von Fig. 2 wird in einem Ini tialisierschritt si der Erwartungswert EW auf "1" gesetzt. Außerdem werden Schwellenwerte SW_EW, SW_AWA und SW_AWM auf vorgegebene Werte gesetzt. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich in allen drei Fällen um den Wert 1,2.

Das Verfahren tritt dann in eine Schleife ein, bei der zu nächst in einem Schritt s1 die aktuellen Werte ΔFR der Stellgrößenabweichung, AWA der adaptiven Adaptionsgröße und AWM der multiplikativen Adaptionsgröße erfaßt werden. Im an schließenden, oben bereits erwähnten Schritt s2 wird der Er wartungswert EW durch digitale Tiefpaßfilterung aus dem zu vor geltenden Wert EW und der aktuellen Stellgrößenabwei chung AFR mit der im Block für Schritt s2 angegebenen For mel berechnet. Darin ist c die Tiefpaßkonstante, die beim Ausführungsbeispiel den Wert 0,99 aufweist.

Es folgen nun Entscheidungsschritte s3 bis s5, in denen der Reihe nach abgefragt wird, ob die Werte AWA, AWM bzw. EW je weils größer sind als der zugeordnete Schwellenwert SW_AWA, SW_AWM bzw. SW_EW. Wird keine dieser Fragen bejaht, wird in einem abschließenden Schritt se untersucht, ob eine Endebe dingung erfüllt ist. Ist dies der Fall, wird das Verfahren abgebrochen, während andernfalls die Schleife ab Schritt s1 erneut durchlaufen wird. Stellt sich aber bei den Abfragen in den Schritten s3 bis s5 heraus, daß einer der Schwellen werte überschritten wird, wird in einem Schritt s6 der Feh ler in einen Fehlerspeicher eingetragen, und ein Fehlersig nal wird ausgegeben, das z. B. eine Warnlampe zum Aufleuch ten bringt. Nach Schritt s6 wird das Ende des Verfahrens erreicht.

Das eben beschriebene Verfahren kann in vielfacher Weise ab gewandelt werden, solange nur gewährleistet ist, daß unter sucht wird, ob die betragsmäßig gemittelte Stellgrößenabwei chung AFR einen zugehörigen Schwellenwert überschreitet. So können die mit Hilfe der Adaptionswerte vorgenommenen Ver gleiche ganz weggelassen werden. Weiterhin ist eine Abwand lung dahingehend möglich, daß nach dem Fehlermeldeschritt s6 nicht das Ende des Verfahrens erreicht wird, sondern daß die genannte Schleife ab Schritt s1 trotz des festgestellten Fehlers immer wieder durchlaufen wird und dadurch eine Feh lerheilmöglichkeit eröffnet wird, z. B. dahingehend, daß der Fehlereintrag wieder gelöscht wird, wenn nach einer vorgege benen hohen Anzahl von Durchläufen nicht erneut ein Fehler auftrat. Wenn die Fehlermeldung dadurch ausgelöst wurde, daß der Entscheidungswert seinen zugeordneten Schwellenwert überschritt, können mit diesem Fehler auch zugleich die Wer te ausgesuchter Betriebsgrößen, wie sie beim Auftreten des Fehlers vorlagen, abgespeichert werden. Wenn dann derselbe Betriebszustand wieder mehrfach angefahren wird, ohne daß erneut eine Fehlermeldung erfolgt, kann der Fehlereintrag wieder gelöscht werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist wesentlich, daß beim Anfahren eines Bereichs mit fehlerhafter Vorsteuerung der von der Lambdaregelung ausgegebene Stellwert vom Sollstellwert abweicht, was dazu führt, daß sich mindestens ein Adaptionswert und der Ent scheidungswert verändern. Wird der fehlerhafte Bereich wie der verlassen, paßt der geänderte Adaptionswert nicht mehr zum fehlerfreien Bereich, weswegen nun der von der Lambda regelung ausgegebene Sollwert nach der anderen Richtung vom Sollstellwert abweicht. Da diese Abweichungen beim Berechnen des Entscheidungswertes betragsmäß gemittelt werden, wirken sie sich beim Entscheidungswert stärker aus als bei dem min destens einen Adaptionswert, der sofort wieder erniedrigt wird, sobald sich das Vorzeichen der Stellwertabweichung umgekehrt hat. Daher lassen sich mit Hilfe des Entschei dungswertes Fehler feststellen, die mit Hilfe eines Adap tionswertes nicht erfaßbar sind.

Claims

1. Verfahren zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambdaregelung, die Stellwerte FR ausgibt, die um einen Sollstellwert FR_SOLL schwanken sollen, welche Lambdarege lung von einer Adaption unterstützt wird, die Adaptionswerte ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß

- fortlaufend der aktuelle Wert EW einer Entscheidungsgröße berechnet wird, die die gemittelte betragsmäßige Abweichung der Stellwerte vom Sollstellwert anzeigt;
- der aktuelle Wert mit einem Entscheidungsgrößen-Schwellen wert SW_EW verglichen wird; und
- ein Fehlersignal (FS) ausgegeben wird, wenn der aktuelle Wert den Entscheidungsgrößen-Schwellenwert überschreitet (EW < SW_EW).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungswerte EW wie folgt berechnet werden:

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungswerte wie folgt berechnet werden:

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungswerte EW wie folgt berechnet werden: EW = Häufigkeit von |(FR-FR_SOLL).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittelung durch digitale Tiefpaßfilte rung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Fehlersignal (FS) auch dann ausgegeben wird, wenn zumindest ein Adaptionswert einen zugeordneten Adaptionsschwellenwert (SW_AWA, SW_AWM) überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwartungswert (EW) mit größerer Zeitkonstante bestimmt wird als der mindestens eine Adaptionswert (AWA, AWM).

8. Vorrichtung zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit einer Lambdaregelung, die Stellwerte FR ausgibt, die um einen Sollstellwert FR_SOLL schwanken sollen, welche Lambdarege lung von einer Adaption unterstützt wird, die Adaptionswerte ausgibt, gekennzeichnet durch:

- eine Berechnungseinrichtung (20) zum fortlaufenden Berech nen des aktuellen Wertes EW einer Entscheidungsgröße, die die gemittelte betragsmäßige Abweichung der Stellwerte vom Sollstellwert anzeigt; und
- eine Vergleichseinrichtung (21), die den aktuellen Wert mit einem Entscheidungsgrößen-Schwellenwert SW_EW vergleicht und ein Fehlersignal ausgibt, wenn der aktuelle Wert den Entscheidungsgrößen-Schwellenwert überschreitet.