DE4236008C2 - Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung bei einem Motor mit variabler Ventilsteuerung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung bei einem Motor mit variabler VentilsteuerungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung der Einlassventil-
Öffnungszeitspannen bei einem Verbrennungsmotor mit
variabler Ventilsteuerung.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind
im Dokument DE 39 40 752 A1 beschrieben. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel betrifft eine Regelung der Luftzufuhr
dadurch, dass die Einlassventile für alle Einzelzylinder
jeweils beim selben Kurbelwellenwinkel, bezogen auf den
Beginn des Ansaughubs, geöffnet werden, jedoch zu einem
jeweiligen Winkel geschlossen werden, der abhängig von der
anzusaugenden Luftmenge vorgesteuert und durch die
Lambdaregelung feingeregelt wird. Dabei ist der
Vollständigkeit halber angegeben, dass der Regler auch
adaptiv arbeiten kann.
Zur adaptiven Lambdaregelung der Kraftstoffzufuhr sind
zahlreiche Varianten bekannt, um verschiedenen
Gesichtspunkten möglichst optimal genügen zu können. Die
Vielfalt der von dorther bekannten Problemlösungen macht es
augenscheinlich, dass es schwierig ist, für jede
Einzelanwendung das jeweils optimale Adaptionsverfahren und
die zugehörige Vorrichtung zu entwickeln.
Aus der DE 38 39 611 A1 ist eine auf jeden einzelnen
Zylinder bezogene Lambdaregelung bekannt. Dabei wird das
Lambdasondensignal in Zeitabschnitte aufgeteilt, die in
Abhängigkeit von der Zündfolge jedem Zylinder zugeordnet
werden. Mit dieser Maßnahme soll die Wirksamkeit der
katalytischen Abgasentgiftung erhöht werden.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, ein
adaptives Lambdaregelungsverfahren und eine zugehörige
Vorrichtung anzugeben, die zur Regelung der Luftzufuhr bei
einem Motor mit variabler Ventilsteuerung besonders gut
geeignet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren trägt der Beobachtung
Rechnung, dass die Stellcharakteristik variabel
angesteuerter Einlassventile relativ stark
temperaturabhängig ist. Um trotz dieser
Temperaturabhängigkeit bereits ab dem Start eines Motors, zu
dem eine Sauerstoff-Messsonde, wie sie zur Lambdaregelung
verwendet wird, noch gar nicht betriebsfähig ist, eine
Gleichstellung der von den Zylindern angesaugten Luftmassen
zu erzielen, wird wie folgt verfahren. Bei betriebsfähiger
Sonde werden Adaptionswerte temperaturabhängig erfasst, und
aus den Messwerten wird der von der Motortemperatur
abhängige Gang des Adaptionswertes bestimmt, um dann mit
diesem ermittelten Wert einen Adaptionswert aus der
aktuellen Motortemperatur nach dem Start eines Motors
bereits dann abschätzen zu können, wenn die Sauerstoffsonde
noch gar nicht betriebsfähig ist.
Wenn der Temperaturzusammenhang linear ist, reicht es für
jeden Zylinder aus, den jeweils aktuellen Adaptionswert bei
einer Motortemperatur von 40°C und dann von 80°C zu erfas
sen und daraus die Steigung der Adaptionswert/Motortempera
tur-Geraden zu erfassen. Mit Hilfe dieser Steigung und des
Adaptionswertes bei z. B. 40°C kann dann für jede beliebige
andere Motortemperatur der zugehörige Adaptionswert abge
schätzt werden.
Beim genannten Beispiel können als Werte, die für den Tempe
raturgang charakteristisch sind, entweder die zwei genannten
Adaptionswerte bei den zwei genannten Temperaturen abgespei
chert werden, oder es kann der Adaptionswert bei einer Tem
peratur und die genannte Steigung abgespeichert werden. Wenn
der Zusammenhang nicht linear ist, z. B. parabelförmig oder
exponentiell, müssen mindestens drei Adaptionswerte bei je
weils unterschiedlichen Temperaturen erfaßt werden, und es
müssen diese drei Werte abgespeichert werden oder einer der
Werte und eine aus allen drei Werten bestimmte Parabelkon
stante bzw. Zeitkonstante.
Wenn ein Motor bei einer Temperatur von z. B. 100°C abge
stellt wird, gilt für die Adaption ein anderer Wert als
dann, wenn er z. B. bei 20°C wieder gestartet wird und 15
Sekunden nach dem Start die Sauerstoffsonde betriebsbereit
ist. Würde dann der zuletzt geltende Adaptionswert weiter
verwendet werden, was bei Adaptionsverfahren eigentlich die
übliche Vorgehensweise ist, würde die Adaption mit einem
ziemlich falschen Wert starten. Vorzugsweise wird daher bei
Start der Adaption nicht der zuletzt geltende Wert verwen
det, sondern es wird von demjenigen Wert ausgegangen, wie er
für diejenige Motortemperatur abgeschätzt wurde, die zum
Zeitpunkt der Freigabe der Sauerstoffsonde vorliegt.
Als Motortemperatur kann jede beliebige Temperatur verwendet
werden, die in Zusammenhang mit der Stellcharakteristik der
Einlaßventile steht. Wenn der Motor wassergekühlt ist, ist
es besonders zweckmäßig, die Kühlwassertemperatur als maß
gebliche Motortemperatur zu erfassen. Wenn eine hydraulische
Steuereinrichtung vorliegt, ist es zweckmäßig, die Öltempe
ratur des Motors zu erfassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Ausüben des erfin
dungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. In der Praxis wird sie
vorzugsweise durch einen entsprechend programmierten Mikro
prozessor realisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor
richtung werden im folgenden anhand von durch Figuren veran
schaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei
gen: Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vor
richtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung der
Einlaßventilöffnungszeitspannen bei einem Motor mit variab
ler Ventilsteuerung; Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Verfah
rens, das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ausführbar ist;
und Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit eines Adap
tionswertes AW von der Motortemperatur ϑ_MOT zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 mit va
riabel ansteuerbaren Einlaßventilen 11 und einem Motortempe
ratursensor 12, eine Lambdaregelungseinrichtung 13, eine
Freigabeeinrichtung 14 zur Reglerfreigabe mit gleichzeitiger
Sperrung von Adaptionswertextrapolation, eine Adaptionsein
richtung 15, einen Adaptionswert-Speicher/Extrapolator (16),
vier Addierer 17.1 bis 17.4, vier Multiplizierer 18.1 bis
18.4 sowie eine Einrichtung 19 für Einzelzylindermaßnahmen,
die wahlweise vorhanden sein kann.
Alle diese Einrichtungen befinden sich innerhalb eines grö
ßeren Systems, wie es ausführlich im Dokument DE 39 40 752 A1
beschrieben ist. Auf die dortigen Ausführungen wird Bezug
genommen. Hier werden nur Unterschiede erläutert.
Für die folgenden Erläuterungen wird auf einen Betrieb Bezug
genommen, gemäß dem der Kurbelwellenwinkel, bei dem ein Ein
laßventil geöffnet wird, dauernd konstant gehalten wird, je
doch der Kurbelwellenwinkel, bei dem es wieder geschlossen
wird, abhängig von der anzusaugenden Luftmenge verändert
wird. Bei welchem Winkel ein Ventil zu schließen ist, wird
für einen jeweiligen Motortyp abhängig von der Motordrehzahl
und der vorgegebenen Last ermittelt. Der Zusammenhang wird
in Form eines Kennfelds oder in Form einer Gleichung in ein
Steuergerät eingespeichert. Tritt dann beim tatsächlichen
Fahrbetrieb ein bestimmtes Wertepaar von Motordrehzahl und
Last auf, wird aus diesem Wertepaar und dem abgespeicherten
Zusammenhang mit dem Kurbelwellenwinkel, zu dem das Einlaß
ventil zu schließen ist, der letztere bestimmt. Der ausge
lesene Wert kann dann noch vorkorrigiert werden, z. B. ab
hängig von der Motortemperatur, der Lufttemperatur und/oder
dem Luftdruck, wie im Dokument DE 39 40 752 A1 beschrieben. Es
liegt dann der korrigierte Wert ES_K für Einlaß schließen
vor, wie er in Fig. 1 unten links eingetragen ist. Dieser
Wert wird durch die Multiplizierer 18.1 bis 18.4 für jeden
Zylinder mit einem jeweils individuellen Adaptionswert modi
fiziert.
Im folgenden wird beschrieben, wie die eben genannten Adap
tionswerte bestimmt werden. Dazu sei angenommen, daß die
(nicht dargestellte) Sauerstoffsonde für jeden der Einzel
zylinder bereits betriebswarm ist und einen Lambdawert ausgibt,
der von einem Sollwert abgezogen wird, um für jeden
Zylinder eine Regelabweichung zu bestimmen, also Werte ÑΠ1
bis ÑΠ4. Aus diesen Regelabweichungen bestimmt die Lambdare
gelungseinrichtung 13 nach einem vorgegebenen Algorithmus,
z. B. einem reinen P-Algorithmus, Regelfaktoren RF1 bis RF4.
In der Adaptionseinrichtung 15 wird für jeden Regelfaktor
der Unterschied zum Wert 1 mit einer vorgegebenen Zeitkon
stanten aufintegriert, und jeder aufintegrierte Wert wird im
zugehörigen der Addierer 17.1 bis 17.4 zum zugehörigen Re
gelfaktor RF1 bis RF4 addiert. Insoweit handelt es sich um
eine standardmäßige Form einer Adaption.
Um die Funktion der Adaptionswert-Speicherungs/Expolations-
Einrichtung 16 zu erläutern, sei zunächst das Diagramm von
Fig. 3 kommentiert. Es sein angenommen, daß ein Motor bei
einer Kühlmitteltemperatur und damit Motortemperatur von
20°C gestartet wird. Die Sauerstoffsonde ist dann abhängig
von ihrem Aufbau, insbesondere davon, ob sie beheizt ist
oder nicht, nach etwa 10 bis 30 Sekunden betriebswarm. Die
Motortemperatur hat in dieser Zeitspanne noch kaum zugenom
men. Sobald die Sonde für einen Zylinder betriebswarm ist,
wird die Regelungseinrichtung 13 für den betreffenden Zylin
der freigegeben, und es wird von ihr ein Regelungsfaktor er
mittelt. Aus dessen Abweichung vom Wert 1 wird wiederum ein
Adaptionswert von der Adaptionseinrichtung 15 bestimmt. Wenn
nun die Motortemperatur ansteigt, zeigt sich, daß der Adap
tionswert im wesentlichen linear mit der Motortemperatur an
wächst, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Etwa 10 Minuten
nach dem Start hat der Motor eine Temperatur von 80°C er
reicht. Da somit der Anstieg der Motortemperatur relativ
langsam vor sich geht, kann die Adaption mit relativ großer
Zeitkonstante, z. B. von einigen 10 Sekunden, eingestellt
werden, was gewährleistet, daß sich die Adaption nicht de
stabilisierend auf die Regelung auswirkt. Wie aus Fig. 3 er
sichtlich, kann der jeweilige Adaptionswert bei zwei verschiedenen
Temperaturen erfaßt werden, z. B. bei 40°C und
bei 80°C, und dann kann aus diesen Werten auf den Adap
tionswert bei jeder anderen Motortemperatur geschlossen wer
den. Wird dann der Motor ein anderes Mal bei 20°C gestar
tet, kann mit Hilfe dieser Motortemperatur und des Zusammen
hangs gemäß Fig. 3 ein Adaptionswert abgeschätzt werden, ob
wohl wegen noch nicht betriebswarmer Sauerstoffsonde noch
gar nicht adaptiert werden kann.
Der anhand von Fig. 3 kurz skizzierte Verfahrensablauf wird
nun anhand von Fig. 2 ausführlicher erläutert. Nach dem
Start des Motors 10 wird in einem Schritt s1 die Motortempe
ratur ϑ_MOT gemessen. In einem Schritt s2 wird untersucht,
ob die Regelungseinrichtung 13 bereits freigegeben wurde. Da
der Motor eben erst gestartet wurde, ist dies noch nicht der
Fall, woraufhin sich ein Schritt s3 anschließt, in dem für
jeden einzelnen Zylinder der zugehörige Adaptionswert aus
den für diesen Zylinder abgespeicherten Adaptionswert für
40°C und 80°C unter Verwendung der aktuell gemessenen Mo
tortemperatur extrapoliert wird. Der für jeden Zylinder ex
trapolierte Adaptionswert wird an den jeweils zugehörigen
der Addierer 17.1 bis 17.4 ausgegeben.
Der Durchlauf der Schritte s1, s2 und s3 wird so lange wie
derholt, bis sich in Schritt s2 herausstellt, daß die Sauer
stoffsonde betriebswarm ist und damit die Lambdaregelungs
einrichtung 13 freigegeben werden kann. Diese Freigabe be
sorgt die Freigabeeinrichtung 14, die dann ein Freigabesi
gnal an die Lambdaregelungseinrichtung 13 ausgibt. Dieses
Signal wird auch an die Adaptionseinrichtung 15 gegeben, und
zwar um diese freizugeben, wie auch an die Adaptionswert-
Speicher/Extrapolier-Einrichtung 16, um deren weitere Arbeit
zu sperren. Gleichzeitig mit dem Sperren der zuletzt genann
ten Einrichtung und dem Freigeben der Adaptionseinrichtung
werden die aktuell abgeschätzten Adaptionswerte von der
Adaptionswert-Speicher/Extrapolier-Einrichtung 16 in die
Adaptionseinrichtung 15 übertragen, damit diese ausgehend
von diesen abgeschätzten Werten weiter adaptiert. Diese
Übernahme der abgeschätzten Werte für die weitere Adaption
ist im Flußdiagramm von Fig. 2 durch einen Schritt s4 veran
schaulicht.
Nach Schritt s4 werden auf Dauer nur noch Schritte s5, s6,
s7 und s9 durchlaufen, unter Umständen mit Verzweigungen zu
Schritten s9 bzw. s10, falls in den Schritten s7 bzw. s9
bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
Im Schritt s5 erfolgt Adaption für jeden der vier Regelfak
toren. Der jeweils ermittelte Adaptionswert wird an jeweili
gen der Addierer 17.1 bis 17.4 ausgegeben. In Schritt s6
wird die Motortemperatur ϑ_MOT gemessen. In Schritt s7 wird
untersucht, ob diese 40°C entspricht. Ist dies der Fall,
wird in Schritt s8 für jeden des Zylinder der zugehörige ak
tuelle Adaptionswert in der Adaptionswert-Speicher/Extrapo
lier-Einrichtung 16 abgespeichert. Anschließend folgt wieder
Schritt s5. Ist die Motortemperatur nicht 40°C, wird in
einem Schritt s9 überprüft, ob sie 80°C ist. Solange dies
noch nicht der Fall ist, werden die Schritte s5, s6, s7 und
s9 mehrfach durchlaufen. Beträgt jedoch die Motortemperatur
80°C, wird in Schritt s10 für jeden Zylinder der jeweils
aktuelle Adaptionswert in die Adaptionswert-Speicher/Extra
polier-Einrichtung 16 eingeschrieben. Dann laufen auf Dauer
nur noch die Schritt s5, s6, s7 und s9 ab. Um den Ablauf zu
verkürzen, kann auf Schritt s5 eine Abfrage erfolgen, ob die
Motortemperatur über 80°C liegt oder ob ein Flag gesetzt
ist, das mit dem Erreichen von Schritt s10 gesetzt wurde.
Dann werden immer nur der Schritt s5 und der genannte Ab
frageschritt durchlaufen.
Für das Ausführungsbeispiel ist der lineare Zusammenhang von
Fig. 3 für die Abhängigkeit des Adaptionswertes von der Mo
tortemperatur vorausgesetzt. Für variable Ventilsteuerung
wurden jedoch unterschiedlichste Lösungsmöglichkeiten vorge
schlagen, wie mechanische Ansteuerungen, hydraulische An
steuerungen oder elektromechanische Ansteuerungen. Es sind
daher die unterschiedlichsten Temperaturabhängigkeiten der
Stellcharakteristik zu erwarten, jedoch ist es unwahrschein
lich, daß Unstetigkeitsstellen oder sehr komplizierte Ver
läufe auftreten. Vielmehr ist anzunehmen, daß alle Tempera
turgänge durch relativ einfache Funktionen beschrieben wer
den, so daß es in aller Regel ausreichen wird, Adaptions
werte bei drei unterschiedlichen Motortemperaturen zu erfas
sen, um daraus den Temperaturgang zu ermitteln, mit Hilfe
dessen der Adaptionswert für eine beliebige Motortemperatur
abgeschätzt werden kann, wie sie in einem Zeitraum vorliegt,
zu dem eine Sauerstoffsonde noch nicht betriebsbereit ist.
Beim Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß die Winkel
für das Öffnen der Einlaßventile konstant sind und nur die
Schließwinkel variiert werden. Es kann jedoch auch gerade
umgekehrt sein, oder beide Winkel können variiert werden.
Derartige Details sind für das Prinzip der Erfindung uner
heblich. Für diese ist allein entscheidend, daß der Tempera
turgang der Stellcharakteristik durch das Erfassen von Adap
tionswerten bei unterschiedlichen Motortemperaturen erfaßt
wird und dann aus dem Temperaturgang der Stellcharakteristik
auf einen Adaptionswert geschlossen wird, solange eine Sonde
noch nicht betriebsbereit ist.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist in Fig. 1 noch eine
Einrichtung 19 für Einzelzylindermaßnahmen als Option einge
zeichnet. Dies nur, um Fig. 1 in Übereinstimmung mit Fig. 3
des Dokumentes DE 39 40 752 A1 zu bringen. Eine Einzelzylinder
maßnahme ist insbesondere das Abschalten einzelner Zylinder
im unteren Lastbereich.
Claims (3)
1. Verfahren zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung
der Einlaßventil-Öffnungszeitspannen bei einem Motor mit va
riabler Ventilsteuerung, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
- - Ermitteln, ob Lambdaregelung freigegeben ist;
- - wenn Lambdaregelung freigegeben ist:
- - Ausführen der Adaption;
- - Erfassen von Adaptionswerten für mindestens zwei Motor temperaturen für jeden Zylinder; und
- - Ableiten und Abspeichern mindestens zweier Werte aus den erfaßten Adaptionswerten für jeden Zylinder, welche Werte für den von der Motortemperatur abhängigen Verlauf des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
- - wenn Lambdaregelung noch nicht freigegeben ist:
- - Erfassen der aktuellen Motortemperatur;
- - Abschätzen des aktuellen Adaptionswertes für jeden Zylin der aus der aktuellen Motortemperatur und den mindestens zwei Werten, die für die Temperaturabhängigkeit des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
- - Verwenden des abgeschätzten Adaptionswertes für die adap tive Lambdaregelung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Freigeben der Lambdaregelung der aktuell abgeschätzte
Adaptionswert für jeden Zylinder als aktueller Anfangswert
für die Adaption verwendet wird.
3. Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung
der Einlaßventil-Öffnungszeitspannen bei einem Motor mit va
riabler Ventilsteuerung, mit:
einer Einrichtung (12) zum Messen der Motortemperatur;
einer Einrichtung (14) zum Ermitteln, ob Lambdaregelung freigegeben ist;
einer Adaptionseinrichtung (15) zum Ausführen folgender Schritte, wenn Adaption freigegeben ist:
Ausführen der Adaption;
Erfassen von Adaptionswerten für mindestens zwei Motor temperaturen für jeden Zylinder; und
Ableiten und Abspeichern mindestens zweier Werte aus den erfaßten Adaptionswerten für jeden Zylinder, welche Werte für den von der Motortemperatur abhängigen Verlauf des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
einer Speicher/Extrapolations-Einrichtung (16) zum:
Abspeichern der genannten mindestens zwei Werte für jeden Zylinder;
Abschätzen des aktuellen Adaptionswertes für jeden Zylin der aus der aktuellen Motortemperatur und den mindestens zwei Werten, die für die Temperaturabhängigkeit des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
Verwenden des abgeschätzten Adaptionswertes für die adap tive Lambdaregelung.
einer Einrichtung (12) zum Messen der Motortemperatur;
einer Einrichtung (14) zum Ermitteln, ob Lambdaregelung freigegeben ist;
einer Adaptionseinrichtung (15) zum Ausführen folgender Schritte, wenn Adaption freigegeben ist:
Ausführen der Adaption;
Erfassen von Adaptionswerten für mindestens zwei Motor temperaturen für jeden Zylinder; und
Ableiten und Abspeichern mindestens zweier Werte aus den erfaßten Adaptionswerten für jeden Zylinder, welche Werte für den von der Motortemperatur abhängigen Verlauf des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
einer Speicher/Extrapolations-Einrichtung (16) zum:
Abspeichern der genannten mindestens zwei Werte für jeden Zylinder;
Abschätzen des aktuellen Adaptionswertes für jeden Zylin der aus der aktuellen Motortemperatur und den mindestens zwei Werten, die für die Temperaturabhängigkeit des Adap tionswertes charakteristisch sind; und
Verwenden des abgeschätzten Adaptionswertes für die adap tive Lambdaregelung.
Priority Applications (2)
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DE4236008A DE4236008C2 (de) | 1992-10-24 | 1992-10-24 | Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung bei einem Motor mit variabler Ventilsteuerung |
JP26489393A JP3557232B2 (ja) | 1992-10-24 | 1993-10-22 | 可変バルブ制御機能付機関での個別シリンダ適応形ラムダ制御のための方法および装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4236008A DE4236008C2 (de) | 1992-10-24 | 1992-10-24 | Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung bei einem Motor mit variabler Ventilsteuerung |
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DE4236008A1 DE4236008A1 (de) | 1994-04-28 |
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DE4236008A Expired - Fee Related DE4236008C2 (de) | 1992-10-24 | 1992-10-24 | Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Einzelzylinder-Lambdaregelung bei einem Motor mit variabler Ventilsteuerung |
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