DE4416611A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegrif
fen der unabhängigen Patentansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 38 08 696 (US-Patent
5 014 668) bekannt. Dort wird die Brennkraftmaschine im un
teren und mittleren Lastbereich mit Luftüberschuß, das heißt
mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch (λ < 1) betrie
ben. Überschreitet das Fahrpedalstellungssignal einen vorge
gebenen Stellungsschwellwert im oberen Lastbereich, wird ei
ne Drosselklappe, das heißt die Luftzufuhr zur Brennkraftma
schine, derart verstellt, daß im wesentlichen ein stöchiome
trisches Gemisch (λ = 1) erhalten wird. Durch diese Maßnah
men können im Teillastbereich die Vorteile eines mit mageren
Gemisch betriebenen Motors genutzt werden, ohne daß im obe
ren Lastbereich Leistungseinbußen hingenommen werden müssen.
Damit wird insgesamt eine geringere Schadstoffemission und
ein geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht. Die Verstellung
der Drosselklappe, um vom Betrieb mit mageren in einen Be
trieb mit stöchiometrischem Gemisch oder umgekehrt zu gelan
gen, wird allmählich innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne
vorgenommen, um Drehmomentensprünge auszuschließen. Durch
den allmählichen Übergang können hohe Schadstoffbelastungen
im Abgas entstehen, so daß eine allmähliche Verstellung der
Drosselklappe in einigen Betriebszuständen ungünstige Folgen
haben kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben,
nach denen der Übergang vom mageren in den stöchiometrischen
Betrieb und umgekehrt unter Verringerung der Schadstoffemis
sion und unter Vermeidung von Drehmomentensprüngen erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der
unabhängigen Ansprüche erreicht.
Ergänzend ist es Ziel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise,
anzugeben, unter welchen Bedingungen ein Wechsel der Be
triebsart geeignet erscheint, d. h. z. B. in welchen Betriebs
zustände die eine oder andere Betriebsart zu wählen und auf
grund welcher Signale bzw. Signalverläufe der Übergang er
kannt wird.
Ferner wird beim bekannten Stand der Technik die Steuerung
der Drosselklappe in allen Betriebsbereichen auf elektri
schem Wege vorgenommen, das heißt es wird ein sogenanntes
elektronisches Gaspedalsystem eingesetzt. Ein derartiges
Steuersystem ist sehr umfangreich, so daß der Aufwand und
die Kosten zur Realisierung der Steuerung der Brennkraftma
schine aufwendig sein kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist daher vorgese
hen, ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine für einen
Magerbetrieb in ersten Betriebszuständen und einem stöchio
metrischen Betrieb in zweiten Betriebszuständen vorzusehen,
welches weniger aufwendig ist und dennoch einen genügenden
Einfluß auf die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine für einen
befriedigenden Übergang vom Magerbereich in den stöchiome
trischen Bereich aufweist.
Durch den Gegenstand der Patentansprüche wird ein Steuerver
fahren bzw. eine Steuervorrichtung bereitgestellt, welche
die obengenannten Forderungen erfüllt.
Aus der DE-41 11 078 A1 ist zur Traktionskontrolle neben der
vom Fahrer auf mechanischem Wege betätigbaren Hauptdrossel
klappe im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine eine zweite,
elektrisch von ihrer voll geöffneten bis zu ihrer geschlos
senen Stellung betätigbare Drosselklappe vorgesehen. Diese
ist in der Regel in voll geöffneter Stellung und wird bei
Schlupf an den Antriebsrädern des Fahrzeugs zur Reduzierung
der Leistung der Brennkraftmaschine in Richtung Schließen
betätigt.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird ein Steuer
system für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, welches
einen Übergang von einer Betriebsart mit magerer Gemischzu
sammensetzung in ersten Betriebszuständen zu einer Betriebs
art mit stöchiometrische Gemischzusammensetzung in zweiten
Betriebszuständen ohne Drehmomentensprung und erhöhte Schad
stoffemission gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist, daß durch die erfindungsgemäße
Vorgehensweise ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit mage
rer Gemischzusammensetzung in großen Lastbereichen ermög
licht wird, bei erhöhtem Leistungsbedarf, z. B. in der Be
schleunigungsphase, beim instationären Betrieb oder im obe
ren Lastbereich der Brennkraftmaschine, eine komfortable
schnelle Umschaltung auf einen stöchiometrische Gemischzu
sammensetzung erfolgt, während bei verringertem Leistungsbe
darf ein entsprechender Übergang in die Betriebsart mit ma
gerem Gemisch erfolgt.
Ferner wird in vorteilhafter Weise eine Möglichkeit zum Ein
griff. In die Luftzufuhr zur Realisierung der erfindungsgema
ßen Vorgehensweise angegeben, welche ohne großen Aufwand be
reitgestellt werden kann und zur Realisierung des Übergangs
die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine in ausreichendem Aus
maß beeinflußt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen
Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuerung für
eine Brennkraftmaschine, bei welcher die erfindungsgemäße
Vorgehensweise realisiert ist.
Fig. 2 zeigt ein Übersichts
blockschaltbild der Steuereinheit zur Realisierung der er
findungsgemäßen Vorgehensweise, während in
Fig. 3 typische Zeitverläufe geeigneter Betriebsgrößen der Brennkraftmaschi
ne bzw. des Kraftfahrzeugs dargestellt sind.
Fig. 4 schließlich zeigt ein Flußdiagramm als Beispiel einer Reali
sierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerpro
gramm.
In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt,
bei welcher die erfindungsgemäße Vorgehensweise realisiert
ist. Die Brennkraftmaschine 10 verfügt dabei über ein
Luftansaugsystem 12 und ein Abgassystem 14. Im Luftansaug
system 12 ist eine erste Drosselklappe 16 angeordnet, welche
über eine mechanische Verbindung 18 mit einem vom Fahrer be
tätigbaren Bedienelement 20, einem Fahrpedal, in Verbindung
steht. Das Fahrpedal 20 bzw. die Drosselklappe selbst ist
dabei in bekannter Weise mittels einer Feder gegen seine
Ruheposition vorgespannt. Ferner ist im Ansaugsystem eine
zweite Drosselklappe 22 angebracht, welche über eine mecha
nische Verbindung 24 mit einem elektrischen Motor 26 verbun
den ist. Über eine Feder 28 ist die Drosselklappe 22 in ihre
voll geöffnete Stellung vorgespannt. Ferner sind ein oder
mehrere Einspritzventile 30 für die Kraftstoffzumessung vor
gesehen. Eine Steuereinheit 32 empfängt von einem die Luft
zufuhr zur Brennkraftmaschine bestimmenden Sensor 34
(Luftmengen-, -massen-, Druck- oder Drosselklappenstellungs
sensor) über eine Leitung 36 ein Maß für die Luftzufuhr zur
Brennkraftmaschine. Die Drosselklappe 16 ist über eine
mechanische Verbindung 38 mit einem Stellungssensor 40 zur
Erfassung der Stellung der Drosselklappe 16 verbunden, des
sen Ausgangsleitung 42 auf die Steuereinheit 32 führt. Auch
die Drosselklappe 22 ist über eine mechanische Verbindung 44
mit einem Drosselklappenstellungssensor 46 verbunden, dessen
Ausgangsleitung 48 auf die Steuereinheit 32 führt. Die Stel
lungssensoren sind dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel
Potentiometer. Ferner verfügt die Brennkraftmaschine über
einen Drehzahlsensor 50, der über eine Leitung 52 mit der
Steuereinheit 32 verbunden ist. Im Abgassystem 14 der Brenn
kraftmaschine ist wenigstens ein Abgassensor 54 vorgesehen,
welcher über eine Leitung 56 mit der Steuereinheit 32 ver
bunden ist. Ferner weist die Steuereinheit 32 weitere Ein
gangsleitungen 58 bis 60 auf, welche sie mit Meßeinrichtun
gen 62 bis 64 für weitere Betriebsgrößen von Brennkraftma
schine und/oder Fahrzeug verbindet. Als Ausgangsleitung
weist die Steuereinheit 32 die Leitung 66 auf, welche sie
mit dem wenigstens einen Einspritzventil 30 zur Steuerung
der Kraftstoffzumessung verbindet. Ferner ist eine Ausgangs
leitung 68 vorgesehen, welche auf den elektrischen Motor 26
zur Betätigung der Drosselklappe 22 führt. Neben der Beein
flussung der Kraftstoffzumessung und der Drosselklappe 22
ist eine aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte
Beeinflussung des Zündwinkels sowie ggf. eine Regelung der
Leerlaufstellung der Drosselklappe 16 vorgesehen.
Neben der oben dargestellten elektrisch betätigbaren Zusatz
klappe zur mechanisch betätigbaren Hauptdrosselklappe ist in
einem anderen vorteilhaften, aus Übersichtlichkeitsgründen
nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel ein sogenanntes
elektronisches Gaspedalsystem vorgesehen, bei welchen eine
einzige Drosselklappe elektrisch abhängig von der Stellung
des Fahrpedals eingestellt wird. Dabei die Drosselklappe 16
über eine mechanische Verbindung mit einem elektrischen
Stellmotor verbunden, welcher über eine Ansteuerleitung von
der Steuereinheit 32 betätigt wird. Über den Stellungsgeber
40 und die Leitung 42 wird der Steuereinheit 32 ein Signal
für die Stellung der Drosselklappe zugeführt. Die Elemente
68, 26, 24, 22, 28, 44, 46, 48 aus Fig. 1 entfallen.
Neben der Zusatzdrosselklappe oder der elektrischen Haupt
drosselklappe sind in anderen vorteilhaften Ausführungen
Einzeldrosselklappen vorgesehen, welche die Luftzufuhr zu
einzelnen Zylindern beeinflussen oder es können Drosselklap
pen zur sogenannten Kanalabschaltung vorgesehen sein, welche
die Luftzufuhr zu einer vorgegebenen Anzahl von Zylindern
beeinflussen. Neben der elektrischen Betätigung der Drossel
klappe hat es sich in anderen Ausführungsbeispielen als vor
teilhaft erwiesen, die Drosselklappe auf hydraulischem oder
pneumatischem Wege zu betätigen.
Die Steuereinheit 32 bildet in Abhängigkeit der über die
Leitung 52 zugeführten Motordrehzahl und der über die Lei
tung 36 zugeführten Luftmasse aus einem Kennfeld in bekann
ter Weise ein Lastsignal, welches, zumindest durch eine Ab
gasregelung korrigiert, den Einspritzimpuls für das Ein
spritzventil 30 darstellt. Der Einspritzimpuls wird über die
Leitung 66 ausgegeben. Bei der Abgasregelung handelt es sich
dabei um eine λ-Regelung, wobei eine Abgassonde 54 Verwen
dung findet, welche nicht nur im stöchiometrischen Bereich
sondern auch im mageren Bereich bis zu λ = 1,6 ein auswert
bares Signal abgibt. Vorzugsweise zeigt die Abgassonde 54 im
wesentlichen lineares Verhalten. Das Kraftstoffzumeßsystem
ist dabei derart eingestellt, daß die Brennkraftmaschine zu
mindest im stationären Betrieb im unteren und mittleren
Teillastbereich mit Luftüberschuß betrieben wird, bei dem λ
vorzugsweise einen Wert im Bereich von 1,5 aufweist. Im in
stationären Betrieb, wenn der Fahrer beschleunigt bzw. im
oberen Teillast- oder Vollastbereich, wenn die Leistungsan
forderung an die Brennkraftmaschine hoch ist, wird vom Ma
gerbetrieb auf einen Betrieb mit stöchiometrischem Gemisch
(λ = 1) umgeschaltet. Der Wechsel der Betriebsart erfolgt ge
mäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dadurch, daß die
Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird, die Abgas
regelung vom Sollwert λm im Magerbereich auf den Sollwert λ1
oder umgekehrt umgeschaltet wird und die daraus resultie
rende Drehmomentenänderung durch eine sprungförmige Beein
flussung der Luftzufuhr, durch eine sprungförmige Verstel
lung der Drosselklappe 16 oder 22 je nach Ausführung kompen
siert wird.
In Fig. 2 ist eine Realisierung der Steuereinheit 32 zur
Durchführung der beschriebenen Vorgehensweise dargestellt.
Dabei sind die anhand von Fig. 1 beschriebenen Bezugszei
chen verwendet. Die Steuereinheit 32 umfaßt eine erste Be
rechnungseinheit bzw. ein erstes Kennfeld 200, welchem die
Leitungen 52 und 36 zugeführt sind. Die Ausgangsleitung 202
der Einheit 200 führt auf eine Korrekturstufe 204, deren
Ausgangsleitung die Leitung 66 darstellt. Die Korrekturstufe
204 ist über eine Leitung 206 mit einem Lambdaregler (λ-Reg
ler) 208 verbunden, dem ein Istsignal über die Leitung 56,
und ein Sollsignal über die Leitung 210 zugeführt ist. Die
Leitung 210 geht von einem Schaltelement 212 aus, dem der
Sollwert λ1 über die Leitung 214 und ein Sollwert λ < 1 auf
der Leitung 216 zugeführt wird. Das Schaltelement 212 wird
über eine Leitung 218 geschaltet, welche Ausgangsleitung ei
ner Berechnungseinheit oder eines Kennfeldes 220 ist. Diesem
werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leitung 42
(Fahrerwunsch) sowie die Leitungen 52, 36 sowie 58 bis 60
zugeführt. Die Ausgangsleitung 218 führt ferner auf eine
weitere Berechnungseinheit bzw. ein weiteres Kennfeld 222,
dem die Leitungen 42 und 52. Die Ausgangsleitung 224 der
Einheit 222 führt auf eine Berechnungseinheit bzw. ein Kenn
feld 226 oder alternativ auf eine Korrekturstufe 228. Dem
Kennfeld 226 werden die Leitungen 42 und 52 zugeführt. Die
Ausgangsleitung 230 des Kennfeldes 226 führt auf einen Stel
lungsregler 232, dem ferner die Leitung 48, bei Verwendung
eines elektronischen Gaspedalsystems die Leitung 42, zuge
führt ist. Die Ausgangsleitung 234 des Stellungsreglers 232
führt gegebenenfalls über die Korrekturstufe 228 zur Aus
gangsleitung 68.
Im Kennfeld 200 bildet die Steuereinheit 32 abhängig von der
Motordrehzahl (Leitung 52) und dem über die Leitung 36 zuge
führten Signal für die Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck
oder die Drosselklappenstellung ein Grundlastsignal TL, wel
ches über die Leitung 202 an die Korrekturstufe 204 abgege
ben wird. Die Korrekturstufe 204 dient zur Korrektur des
Lastsignals bzw. des Grundeinspritzsignals TL abhängig vom
Ausgangssignal des λ-Reglers 208. Dieser vergleicht das Ist
wertsignal der Abgassonde 54, die im bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel eine im wesentlichen lineare Kennlinie, in an
deren Ausführungen einen über den gewünschten Bereich aus
wertbaren Zusammenhang zwischen der Abgaszusammensetzung und
ihrem Ausgangssignal aufweist, mit dem voreingestellten
Sollwert. Der Regler 208 gibt gemäß einer vorgegebenen Re
gelstrategie (z. B. Proportional-Integral) und zusammen mit
einer beispielsweise vom Sollwert abhängigen Vorsteuerung
ein Ausgangssignal auf der Leitung 206 ab, welches das
Grundeinspritzsignal TL im Sinne einer Annäherung des Ist
werts an den Sollwert korrigiert. Das korrigierte Signal
bildet das Einspritzsignal ti und wird über die Leitung 66
an das oder die Einspritzventile abgegeben.
Zumindest im stationären oder quasi stationären Betrieb im
unteren und mittlere Teillastbereich wird dem λ-Regler 208
über die Leitung 216 und 210 durch entsprechende Stellung
des Schaltelements 212 ein Sollwert zugeführt, welcher einem
mageren Luft-Kraftstoffgemisch entspricht. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist dieser Sollwert 1,5. Bei instationä
ren Betriebszuständen wie z. B. Beschleunigungen oder Verzö
gerungen, bei bedeutenden Leistungsanforderungen z. B. im
oder in der Nähe des Vollastbereichs, wird zur Verbesserung
des Fahrverhaltens der Sollwert des λ-Reglers auf 1 durch
Umschalten des Schaltelements 212 gesetzt. Dadurch ergibt
sich ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Luft- und
Kraftstoffmasse. Die Umschaltung wird durch die Berechnungs
einheit 220 ausgelöst, welche die Fahrpedalstellung und ge
gebenenfalls ergänzend die Drosselklappenstellung, das Last
signal, die Getriebeposition und/oder die Motordrehzahl aus
wertet, um einen Leistungswunsch des Fahrers zu erkennen und
daraus die Notwendigkeit für ein Umschalten des λ-Reglers
ableitet. Dies erfolgt im einfachsten Fall durch Vorgabe ei
nes Schwellwertes für die Fahrpedalstellung in der Nähe des
Vollastbereichs (z. B. bei 700 Fahrpedalstellung). Bei Über
schreiten dieses Schwellwertes wird auf stöchiometrischen
Betrieb umgeschaltet. Ebenso vorteilhaft ist die Berücksich
tigung von Getriebeposition und Motordrehzahl oder des Last
signals in Verbindung mit der Fahrpedal- oder Drosselklap
penstellung dergestalt, daß eine Anforderung für ein hohes
Motordrehmoment erkannt wird. Ferner kann die Berechnungs
einheit 220 zur Erfassung instationärer Vorgänge die zeitli
che Ableitung der Fahrpedalposition ermitteln und auswerten.
Überschreitet die zeitliche Ableitung einen vorgegebenen
Grenzwert, das heißt wird das Fahrpedal in Richtung Be
schleunigung sehr schnell betätigt, so ist dies ein Zeichen
zur Umschaltung auf stöchiometrischen Betrieb.
Die Umschaltung vom stöchiometrischen Betrieb in den Mager
betrieb erfolgt bei umgekehrten Vorzeichen. Sinkt die Fahr
pedalstellung beispielsweise unterhalb des vorgegebenen
Schwellwertes, so wird auf Magerbetrieb zurückgeschaltet,
ebenso wenn anhand der obengenannten Parameter erkannt
wurde, daß der Brennkraftmaschine nur ein geringes Drehmo
ment abverlangt wird, oder wenn die zeitliche Ableitung der
Fahrpedalstellung nach einer gewissen Zeit nach Überschrei
ten des Schwellwertes diesen unterschreitet.
Erkennt die Berechnungseinheit 220 einen Leistungswunsch des
Fahrers, so wird das Schaltelement 212 betätigt. Der Soll
wert der λ-Regelung wird demnach sprungförmig verändert,
während die Einspritzmenge zunächst unbeeinflußt ist. Bei
herkömmlichen Systemen würde eine solche Änderung des λ-
Sollwertes durch entsprechende Korrektur der Einspritzzeit
zu einer Drehmomentenänderung des Motors führen, die nicht
erwünscht ist. Daher wird das Umschaltsignal auf der Leitung
218 sowohl dem Schaltelement 212 als auch dem Kennfeld 222
zugeführt. Durch das Umschaltsignal wird das Kennfeld 222
aktiviert und ermittelt auf der Basis der momentan vorlie
genden Fahrpedalstellung und der Motordrehzahl entsprechend
der Richtung der Umschaltung eine Drosselklappenstellung.
Diese wird über die Leitungen 224 und 230 an den Stellungs
regler abgegeben, welcher aufgrund des Drosselklappenstel
lungswert eine Verstellung der Zusatzklappe vornimmt. Im
Stellungsregler 232 wird der Sollwert mit dem Istwert der
Drosselklappenstellung verglichen und ein Ausgangssignal er
zeugt, welches die Stellung der Zusatzdrosselklappe im Sinne
einer Einregelung des Sollwerts betätigt. Bei einer Umschal
tung vom Magerbetrieb in den stöchiometrischen Betrieb be
deutet dies eine Verstellung der Drosselklappe von ihrer
vollständig geöffneten Stellung auf einen bestimmten Dros
selklappenwinkel, während im umgekehrten Fall die Drossel
klappe in ihre vollständig geöffnete Stellung verstellt
wird.
Das Ausmaß der Verstellung der Drosselklappe ist dabei der
art bestimmt, daß durch die Drosselklappenverstellung eine
Drehmomentenänderung der Brennkraftmaschine erfolgt, die im
wesentlichen die durch die Umschaltung des λ-Regler verur
sachte Drehmomentenänderung kompensiert. Dies wird durch das
Kennfeld 222 erreicht, in dem entsprechende, experimentell
bestimmte Werte für das Ausmaß der Verstellung der Drossel
klappe für jeden Betriebspunkt (bestimmt durch Fahrpedal
stellung und Motordrehzahl) abgelegt sind. Dazu wird experi
mentell für jeden Betriebspunkt bzw. für einzelne Stützstel
len die durch eine bestimmte Verstellung der Drosselklappe
erzeugte Änderung des Drehmoments ermittelt. Wird bei der
λ-Regelung lediglich eine Umschaltung zwischen zwei fest vor
gegebenen Sollwerten für die beiden Betriebsarten eingesetzt
genügt die Ermittlung der notwendigen Drosselklappenverstel
lung zur Kompensation der Drehmomentenänderung infolge der
Umschaltung für jeden Betriebspunkt. Bei veränderlichen
Sollwerten ist die Ermittlung für jeden möglichen Sollwert
sprung bzw. für einzelne Stützstellen von Sollwertsprüngen
durchzuführen. Die Ergebnis werden dann in das Kennfeld 222
eingetragen, in dem die Beträge für die Drosselklappenver
stellung über Fahrpedalstellung und Motordrehzahl, gegebe
nenfalls ergänzend über der λ-Änderung aufgetragen sind.
Um eine Drehmomentenkompensation beim Umschalten vom
stöchiometrischen in den mageren Betrieb vorzunehmen, wird
die Zusatzdrosselklappe im stöchiometrischen Betrieb abhän
gig von Fahrpedalstellung und Motordrehzahl sowie gegebenen
falls abhängig von dem im Magerbetrieb einzustellenden λ-
Wert durch das Kennfeld 222 derart verstellt, daß die
Drehmomentenänderung einer zu jedem beliebigen Zeitpunkt
auftretende Umschaltung durch Verstellen der Drosselklappe
in eine weiter geöffnete Stellung kompensiert wird.
Wird ein elektronisches Gaspedalsystem verwendet, ist ein
Kennfeld 226 vorgesehen, welches im magerem Betrieb auf der
Basis der Fahrpedalstellung und gegebenenfalls der Motor
drehzahl eine Drosselklappensollstellung ermittelt. Der
Stellungsregler 232 regelt dann über den gesamten Betriebs
bereich die Drosselklappenstellung derart ein, daß die Ist
drosselklappenstellung dem Sollwert entspricht. Bei einem
derartigen Ausführungsbeispiel wird im stöchiometrischen Be
trieb auf das Kennfeld 222 zur Steuerung der Drosselklappe
umgeschaltet, welches gegenüber dem Kennfeld 226 derart
festgelegt ist, daß die Differenzen in den ausgelesenen
Drosselklappenstellungen gerade die durch die λ-Umschaltung
erzeugte Drehmomentenänderung kompensiert.
In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das
Kennfeld 226 nicht durch Kennfeld 222 gesteuert, sondern die
Kennfeldwerte des Kennfelds 226 werden durch die aus dem
Kennfeld 222 ausgelesenen Werte additiv, multiplikativ oder
auf eine andere Weise korrigiert.
Ferner wird in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei
spiel ausgehend vom Kennfeld 222 die Drosselklappe über die
Korrekturstufe 228 direkt unabhängig vom Stellungsregler im
Rahmen einer offenen Steuerung eingestellt. Dabei bilden die
aus dem Kennfeld 222 ausgelesenen Werte entweder Korrektur
werte für das Reglersausgangssignal oder ersetzen dieses.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel schaltet zwischen zwei
festen Sollwerten für λ um. In anderen Ausführungsbeispielen
kann es vorteilhaft sein, im Magerbereich den Sollwert aus
Schadstoffemissionsgründen zu ändern. In diesem Fall geht in
das Kennfeld 222 ebenfalls der aktuelle λ-Sollwert vor und
nach der Umschaltung ein, so daß dort aufgrund von Fahrpe
dalstellung und Motordrehzahl ein Maß für die Drosselklap
penstellungsänderung und damit ein Maß für die Drehmomenten
kompensation gewonnen werden kann.
In Fig. 3 sind typische Signalverläufe für eine beispiel
hafte Betriebssituation aufgezeichnet. Dabei ist waagrecht
jeweils die Zeit, in Fig. 3a senkrecht der λ-Wert, in Fig.
3b die Fahrpedalstellung α, in Fig. 3c die Luftzufuhr QL,
und in Fig. 3d das Drehmoment N der Brennkraftmaschine.
Bis zum Zeitpunkt t1 fahre die Brennkraftmaschine im Mager
bereich. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Fahrpedal
schwelle α0 wird von der Magereinstellung auf die stöchiome
trische umgeschaltet. Dies führt gemäß Fig. 3a zu einer Än
derung des λ-Wertes und gemäß Fig. 3c zu einer sprungförmi
gen Reduzierung der Luftzufuhr QL. Die Drehmomentenbeiträge
der λ-Änderung und der Änderung der Luftzufuhr sind so ge
wählt, daß sie sich im wesentlichen kompensieren. Daher ist
in Fig. 3d zum Zeitpunkt t1 keine Drehmomentenänderung zu
erkennen. Zum Zeitpunkt t2 sinkt die Fahrpedalstellung unter
den Schwellwert. Dies führt zu einer Umschaltung von der
stöchiometrischen in die Magereinstellung, was zu einer
sprungförmigen Änderung des λ-Sollwertes zum Zeitpunkt t2
und zu einer sprungförmigen Erhöhung der Luftzufuhr QL zum
Zeitpunkt t2 gemäß Fig. 3a und 3c führt. Auch hier kompen
sieren sich die Momentenbeiträge der beiden Veränderungen,
so daß beim Momentenverlauf gemäß Fig. 3d keine oder nur
ganz geringe Drehmomentenänderungen zu erkennen sind. Die
Einspritzzeit ti bleibt während den Übergängen unverändert,
da infolge der Zeitkonstante der λ-Regelung die Anpassung
der Abgaszusammensetzung an die Veränderung des Sollwertes
durch Veränderung der Luftzufuhr, das heißt durch den Sprung
der Drosselklappe, vorgenommen wird. Die λ-Regelung regelt
so beim Wechseln des Sollwertes lediglich kleine Änderungen
aus.
In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm als eine Realisierung der
erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechenprogramm
skizziert. Nach Start des Programmteils werden im ersten
Schritt 300 die relevanten Betriebsgrößen Fahrpedalstellung
α, Motordrehzahl N, Luftzufuhr QL, Getriebeübersetzung Ü,
Lambdawert λ sowie Drosselklappenstellung DK eingelesen und
im darauffolgenden Schritt 302 die Grundeinspritzzeit ti
durch Quotientenbildung aus Luftzufuhr und Motordrehzahl be
stimmt. Darauf folgt der Abfrageschritt 304. In diesem Ab
frageschritt wird ermittelt, ob ein Leistungswunsch des Fah
rers vorliegt. Dies geschieht beispielsweise durch Vergleich
der Fahrpedalstellung mit einem vorgegebenen Schwellwert,
durch Auswertung der zeitlichen Ableitung der Fahrpedalstel
lung, durch kombinierte Auswertung von Fahrpedalstellung,
Motordrehzahl, Motorlast und/oder Getriebeübersetzung, um
einen erhöhte Drehmomentenanforderung an den Motor festzu
stellen. Wurde ein Leistungswunsch erkannt, so wird im fol
genden Abfrageschritt 306 überprüft, ob dieser Leistungs-
Wunsch erstmalig auftrat. Wurde der Leistungswunsch erstma
lig erkannt, so wird im Schritt 308 der λ-Sollwert auf 1 ge
setzt und im darauffolgenden Schritt 310 der Solleinstell
wert der Drosselklappe gemäß einem ersten Kennfeld aus
Fahrapedalstellung und Motordrehzahl ermittelt. Dieses Kenn
feld ist derart gewählt, daß beim Übergang von einem λ-Wert
< 1 zum λ-Wert 1 auftretende Drehmomentensprung genau durch
die entsprechende Verstellung der Drosselklappe und Reduzie
rung der Luftzufuhr kompensiert wird. Wurde der Drosselklap
pensollwert nach Schritt 310 ermittelt, so wird im Schritt
312 das Drosselklappenansteuersignal durch den Stellungsreg
ler auf der Basis der Differenz zwischen Soll- und Istwert
ermittelt. Im darauffolgenden Schritt 314 wird die Ein
spritzzeit ti auf der Basis der Grundeinspritzzeit t1 und
des Ausgangs des λ-Reglers ermittelt.
Wurde im Schritt 306 erkannt, daß der Leistungswunsch be
reits in einem vorhergehenden Programmdurchlauf erkannt
wurde, wird im Schritt 316 der Drosselklappensollwert auf
der Basis von Fahrpedalstellung und Motordrehzahl gemäß dem
ersten Kennfeld bestimmt und mit Schritt 312 und 314 fortge
fahren.
Wird kein Leistungswunsch erkannt, so wird im Schritt 318
überprüft, ob dies erstmalig der Fall war. Ist dies der
Fall, wird im Schritt 320 der λ-Sollwert auf ein Wert < 1
gesetzt und im darauffolgenden Schritt 322 der Drosselklap
pensollwert gemäß einem zweiten Kennfeld auf der Basis von
Fahrpedalstellung und Motordrehzahl bestimmt. Auch hier wird
die durch die Sollwertänderung des λ-Reglers zu erwartende
Drehmomentenänderung durch entsprechende Ausgestaltung des
zweiten Kennfeldes im Schritt 322 kompensiert. Nach Schritt
322 folgt Schritt 324 und die Berechnung des Drosselklappen
ansteuersignals durch den Stellungsregler. Wurde im Schritt
318 erkannt, daß "kein Leistungswunsch" wenigstens im vori
gen Programmdurchlauf erkannt wurde, wird direkt mit Schritt
322 fortgefahren. Der Programmteil wird nach Schritt 314 be
endet und zu gegebener Zeit wiederholt.
Fig. 3 und 4 wurde anhand eines sogenannten E-Gasystems
dargestellt. Wird eine Zusatzklappe gemäß Fig. 1 verwendet,
so fällt im rechten Zweig des Flußdiagramms nach Fig. 4 das
zweite Kennfeld weg. Anstelle dieses Kennfeld wird die An
steuerung für die Zusatzklappe abgeschaltet, wodurch diese
unter der Wirkung der Rückstellfeder in die vollgeöffnete
Stellung verstellt wird. Eine entsprechende Vorgehensweise
wird bei Einzeldrosselklappen oder bei Drosselklappen zur
Kanalabschaltung durchgeführt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
- - wobei über ein elektrisch betätigbares Stellelement die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine beeinflußt wird,
- - wobei die Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen gesteuert wird, derart, daß in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mageres Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, in wenigstens einem zweiten Be triebsbereich ein im wesentlichen stöchiometrisches Verhält nis sich ergibt, wobei zwischen den Betriebsbereichen abhän gig vom Fahrerwunsch umgeschaltet wird und diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung des Stellelements zur Steue rung der Luftzufuhr erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Stellelement bei der Umschaltung sprungförmig, insbe sondere durch einen einzigen Sprung derart verstellt wird, daß das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment vor und nach der Umschaltung im wesentlichen gleich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Umschaltung der Sollwert einer das Luft-/Kraftstoff-
Verhältnis beeinflussenden Regelung (λ-Regelung) von einem
eine magere Gemischzusammensetzung ergebenden Wert auf einen
eine stöchiometrische Zusammensetzung ergebenden Wert er
folgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Umschaltung abhängig von der
Fahrpedalstellung, von der zeitlichen Ableitung der Fahrpe
dalstellung und/oder aufgrund einer auf der Basis von Fahr
pedalstellung, Drehzahl und Getriebeübersetzung ermittelten
Drehmomentenanforderung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Stellelement eine Zusatzklappe
im Hauptkanal des Luftansaugsystems ist oder einzelnen oder
Gruppen von Zylinder zugeordnet ist und im Magerbetrieb in
voll geöffneter Stellung steht, bei stöchiometrischem Be
trieb in Richtung Schließen eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Stellelement in allen Be
triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch elektrisch einge
stellt wird, im stöchiometrischen Betrieb gemäß einem er
sten, im Magerbetrieb gemäß einem zweiten Kennfeld wenig
stens abhängig von der Fahrpedalstellung eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Stellelement im Rahmen einer
Lageregelung eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zur λ-Regelung eine Abgassonde mit
linearer Kennlinie verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die sprungförmige Verstellung des
Sollwertes der λ-Regelung und des Stellelements zur Ein
stellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine gleichzeitig
erfolgen.
9. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
- - mit wenigstens einem elektrisch betätigbaren Stellelement zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine,
- - mit Mitteln zur Steuerung der Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen,
- - wobei in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mage res Luft-/Kraftstoffverhältnis, in wenigstens einem zweiten Betriebsbereich ein im wesentlichen stöchiometrisches Ver hältnis eingestellt wird,
- - wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die zwischen den Be triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch umschalten,
- - diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung des Stellelements zur Steuerung der Luftzufuhr erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Umschaltmittel das Stellelement sprungförmig, insbe sondere durch einen einzigen Sprung, derart verstellen, daß das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment vor und nach der Umschaltung im wesentlichen gleichbleibt.
10. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
- - mit wenigstens einem elektrisch betätigbaren und wenig stens einem mechanischen vom Fahrer betätigbaren Stellele ment zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschi ne,
- - mit Mitteln zur Steuerung der Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine gemäß den herrschenden Betriebszuständen,
- - wobei in wenigstens einem ersten Betriebsbereich ein mage res Luft-/Kraftstoffverhältnis,
- - in wenigstens einem zweiten Betriebsbereich ein im wesent lichen stöchiometrisches Verhältnis eingestellt wird,
- - wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die zwischen den Be triebsbereichen abhängig vom Fahrerwunsch umschalten,
- - diese Umschaltung wenigstens durch Beeinflussung der Luft zufuhr über die Verstellung des elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Stellelements erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das betätigbare Stellelement in Reihe zum mechanisch betä tigbaren Stellelement im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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