DE4423241A1 - Verfahren zur Einstellung der Zusammensetzung des Betriebsgemisches für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein lernendes Regelverfahren zur Einstellung der Zusammensetzung des Betriebsgemisches für eine Brennkraftmaschine.

Zur Einstellung der genannten Zusammensetzung werden übli­ cherweise Basiswerte für eine Kraftstoffmenge als Funktion von angesaugter Luftmenge und der Drehzahl der Brennkraftma­ schine bestimmt und durch eine überlagerte Regelung korri­ giert.

Da die Regelung nachfolgende Einspritzungen aufgrund voran­ gegangener Messungen eines Abgasmeßfühlers vornimmt, treten bei diesem Prozeß Totzeiten, beispielsweise durch Gaslauf­ zeiten zwischen Einspritzung und Messung auf.

Beim Anfahren eines neuen Betriebspunktes mit nicht optima­ len Basiswerten kommt es daher zu einer vorübergehenden Fehlanpassung der Gemischzusammensetzung und damit zu er­ höhten Abgasemissionen. Einmal für einen bestimmten Brenn­ kraftmaschinentyp festgelegte und abgespeicherte Basiswerte können beispielsweise durch fertigungsbedingte Exemplar­ streuungen oder durch alterungsbedingte Drifterscheinungen zu Fehlanpassungen führen.

Eine laufende Anpassung der Vorsteuerung an diese Drifter­ scheinungen durch ein lernendes Regelverfahren ermöglicht eine Einhaltung von Abgasvorschriften über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.

Ein Beispiel für ein lernendes Regelverfahren ist aus der DE 33 41 015 (US 4584982) bekannt.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen mit lernenden Regelver­ fahren können unter bestimmten Umständen Probleme auftreten, die in der Form bei Brennkraftmaschinen ohne lernende Regel­ verfahren nicht auftreten. Es wurde festgestellt, daß die auf die Adaption zurückgehende Korrektur im Kurzstreckenbe­ trieb der Brennkraftmaschine zunächst unplausibel erschei­ nend hohe Werte erreichen kann. In Verbindung mit einer Feh­ lererkennung aus einem unplausiblen Adaptionswert kann dies zu einer unnötigen Fehlermeldung führen. Da die unplausibel hohen Werte in Richtung Gemischabmagerung wirken, sind dar­ überhinaus Schwierigkeiten in Folge zu starker Abmagerungen bei nachfolgenden Starts nicht auszuschließen.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Adaptionsverfahrens, das die genannten Nachteile vermeidet ohne die übrigen gewünschten Eigenschaf­ ten der Adaption einzuschränken.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des unab­ hängigen Anspruchs gelöst, der ein lernendes Regelverfahren angibt, das sich durch eine temperaturabhängige Variation der Lerngeschwindigkeit auszeichnet. Dieser technischen Lehre liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die eingangs ange­ gebenen Probleme mit dem Kraftstoffanteil am Schmieröl der Brennkraftmaschine zusammenhängen. Beim Kaltstart gelangt Benzin in das Motoröl und dampft beim Betrieb der Brenn­ kraftmaschine mit zunehmender Temperatur aus. Ausgedampfter Kraftstoff wird über die Kurbelgehäuseentlüftung der Ver­ brennung zugeführt. Die resultierende unerwünschte Ge­ mischanfettung, die im Leerlauf bis zu 30 Prozent betragen kann, wird von der Lambdaregelung korrigiert. Die lernende Gemischadaption speichert diese Korrektur als Langzeiteffekt und magert das Gemisch gegenläufig ab. Ist diese Abmagerung relativ stark und tritt beim nächsten Start keine Ausgasung von Kraftstoff aus dem Öl auf, kann es zu den eingangs ge­ nannten Startproblemen kommen. Die Erfindung vermeidet diese Probleme dadurch, daß sich die Lerngeschwindigkeit der Ge­ mischadaption stark verlangsamt, wenn ein Ausgasen von Ben­ zin aus dem Motoröl erwartet wird.

Der Benzineintrag ins Motoröl ist eine vorübergehende Er­ scheinung, bei der das Gemisch nicht dauerhaft korrigiert werden soll. Die Erfindung vermeidet diese unerwünschte Korrektur ohne die adaptive Kompensation langfristiger Drifts in der Gemischvorsteuerung einzuschränken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Regelkreis zur Einstellung der Zusammen­ setzung des Betriebsgemisches für eine Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine erläuternde Skizze zu einem ersten Adaptions­ verfahren, Fig. 3 ein Flußdiagramm als Beispiel einer mög­ lichen Schrittfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 4 eine Skizze zu einem weiteren Adaptionsverfahren, bei dem die Erfindung anwendbar ist.

Die Ziffer 1 in der Fig. 1 stellt eine Brennkraftmaschine dar, die aus einem Ansaugrohr 2 mit Betriebsgemisch versorgt wird. Der Istwert der Gemisch-Zusammensetzung wird durch ei­ nen Abgasmeßfühler 3 im Abgasrohr 4 der Brennkraftmaschine erfaßt und in einem Steuergerät 5 mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen. Die aktuelle Regelabweichung als Ergeb­ nis dieses durch die Ziffer 6 symbolisierten Vergleichs führt durch Anwendung eines Regelalgorithmus, symbolisiert durch Ziffer 7, zu einer Stellgröße FR, die, verknüpft mit einem Basiswert tp beispielsweise den Einspritzzeitimpuls bestimmt, mit dem ein Einspritzventil 8 im Ansaugrohr 2 an­ gesteuert wird. Dabei kann der Basiswert aus einem Kennfeld 9 als Funktion von Last L und Drehzahl n der Brennkraftma­ schine ausgelesen werden, die durch entsprechende Sensoren 10 und 11 erfaßt werden. Außerdem ist die Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Temperatursensor 12 oder 12a ausgerü­ stet, welcher die Temperatur der Brennkraftmaschine oder ei­ nes mit der Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Drehmoment­ wandlers (Sensor 12) oder die Temperatur der Ansaugluft (Sensor 12a) erfaßt. Diese Struktur ist genauso bekannt wie die Funktion des Blocks 13, der ein Mittel oder einen Algo­ rithmus zur Adaption des Regelkreises an sich verändernde Bedingungen, z. B. an alterungsbedingte Drifts im Ausgangs­ signal des Lastsensors darstellt. Block 13 verarbeitet dazu ein aus dem Regelkreis ausgekoppeltes Signal, beispielsweise die Regelabweichung oder die Regelstellgröße FR so, daß ne­ ben dem aktuellen Wert auch die Vorgeschichte dieses Wertes mit berücksichtigt wird. Die Vorgeschichte kann beispiels­ weise über eine Mittelwertbildung erfaßt werden. Wird die Regelstellgröße FR beispielsweise multiplikativ mit gut an­ gepaßten Basiswerten verknüpft, so ist FR im zeitlichen Mit­ tel gleich 1. Führen die Basiswerte für sich betrachtet je doch zu einer Fehlanpassung in Richtung mager, so ist FR im zeitlichen Mittel größer als 1. Um FR auf den bezüglich sei­ ner Verknüpfung mit den Basiswerten neutralen Wert von 1 zu bringen, erfolgt ein zusätzlicher Eingriff 14 in die Bildung des Einspritzzeitimpulses, dessen Wirkung die Regelstellgrö­ ße FR auf den Wert 1 zurücklaufen läßt. Im skizzierten Bei­ spiel leistet eine zusätzliche Multiplikation mit dem Mit­ telwert das Verlangte. Dargestellt ist dieser Fall durch die mit x bezeichnete Linie in der Fig. 1. Alternativ zu der von der Regelabweichung abhängigen Größe FR kann auch die Regelabweichung direkt als Eingangsgröße für die lernende Korrektur benutzt werden. Dieser Fall wird durch die mit y bezeichneten gestrichelten Linien symbolisiert. Daß der adaptive Eingriff auch auf das Kennfeld selbst erfolgen kann, verdeutlicht die punktierte Linie z.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie die Lerngeschwindigkeit beeinflußbar ist. Dabei wird von einer globalen Online-Adap­ tion ausgegangen, bei der die zusätzliche adaptive Korrektur während des Betriebes geändert wird und global alle Basis­ werte aus dem Kennfeld erfaßt. Block 13 enthält dabei einen Tiefpaß 14 mit Zeitkonstante τ. Der über diesen Tiefpaß ge­ glättete Wert FRz stellt dabei den zusätzlichen adaptiven Eingriff dar. In diesem Zusammenhang ist eine große Zeitkon­ stante gleichbedeutend mit einer langsamen Adaption und eine kleine Zeitkonstante gleichbedeutend mit einer schnellen Adaption. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Wert der Zeitkonstante an einen Zählerstand Z gekoppelt, so daß die Adaptions- bzw. Lerngeschwindigkeit abhängig von dem Zählerstand variert wird. Mittels dieses Zählers wird der Eintrag von Benzin in das Motoröl simuliert. Ein Ausfüh­ rungsbeispiel zu seiner Festlegung ist in Fig. 3 darge­ stellt. Der Zähler wird inkremeniert, wenn ein Start unter­ halb einer Temperaturschwelle t₀ erfolgt (Schritte S₁, Schritte S₂) Dies kann die Motor- und/oder die Ansaugluft oder Getriebeöltemperatur sein.

Der Zähler wird dekrementiert, wenn sichergestellt ist, daß die Öltemperatur lange genug über einer Schwelle gelegen hat. Dann kann davon ausgegangen werden, daß das Benzin wie­ der ausgegast ist. Als Maß für hohe Öltemperatur kann bei­ spielsweise der während einer Fahrt auf integrierte Luftmas­ senfluß Q dienen. Wenn diese Größe eine Schwelle Q₀ über­ schreitet, wird der Zähler dekrementiert. Dabei darf 0 nicht unterschritten werden. Diese Funktion wird durch die Schrittfolge S₃ bis S₆ gewährleistet, die beim fortlaufenden Betrieb der Brennkraftmaschine sukzessive auf einen Z-Wert von 1 und der damit auf eine normale Lerngeschwindigkeit führen. Alternativ ist es auch möglich, Z kontinuierlich auf einen Normalwert herunterzufahren.

Die Erfindung kann nicht nur bei dem weiter oben beschriebe­ nen speziellen Beispiel einer Adaption angewendet werden, sondern ist bei allen Gemischadaptionsverfahren einsetzbar.

Ein Beispiel für eine strukturelle Offline-Adaption zeigt

Fig. 4. Bei dieser Art der Adaption wird während einer er­ sten Betriebsphase der Brennkraftmaschine registriert, wel­ che Regelabweichungen dλ bei bestimmten Lastzuständen L auf­ treten. Dazu wird beispielsweise ein Zählerwert H(dλ,L) er­ höht, wenn die dazugehörige Kombination dλ(L),L im Betrieb der Brennkraftmaschine auftritt. Die schraffierten Bereiche im Kennfeld der Fig. 4 symbolisieren hohe Zählerstände und somit eine starke Regelabweichung im mittleren Lastbereich. Zur Abhilfe wird eine Korrekturkennlinie K(L) offline be­ stimmt, die bei der nächsten Betriebsphase der Brennkraftma­ schine als zusätzlicher Eingriff verwendet wird.

Bei dieser Art der Adaption kann die Taktfrequenz f, mit der Zählerwerte H(dλ, L) geändert werden, als Funktion des Zäh­ lerstandes Z geändert werden. Dazu wäre beispielsweise eine Beziehung f∼(1/Z) geeignet, da diese Abhängigkeit eine lang­ samere Adaption (f) bei steigendem Zählerwert Z leistet.

Claims (8)

1. Lernendes Regelverfahren zur Einstellung der Zusammen­ setzung des Betriebsgemisches für eine Brennkraftmaschine mit den Schritten:

• - Erfassen des Istwerts der genannten Zusammensetzung,
• - Bilden einer Regelstellgröße als Funktion der aktuellen Abweichung des Istwerts von einem Sollwert,
• - Verknüpfen der Regelstellgröße mit einem Basiswert eines Einstellparameters der genannten Zusammensetzung und An­ steuern eines Stellgliedes auf der Basis des verknüpften Werts,
• - Lernen eines zusätzlichen Eingriffs in den Regelkreis aus dem Verhalten des Regelkreises

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Geschwindigkeit, mit der der zusätzliche Eingriff ge­ lernt wird, wenigstens temperaturabhängig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit verringert wird, wenn wenigstens eine der folgende Temperaturen beim Start der Brennkraftma­ schine unterhalb einer vorgegebenen ersten Temperatur­ schwelle liegt:

• - Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur,
• - Brennkraftmaschinenschmiermitteltemperatur,
• - Ansauglufttemperatur,
• - Temperatur des Getriebeschmiermittels.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit erhöht wird, wenn ein Maß für die von der Brennkraftmaschine seit einem Start erzeugte Wärme einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit als Funktion der von der Brennkraft­ maschine seit einem Start erzeugten Wärme sukzessive oder kontinuierlich auf einen vorbestimmten Endwert erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seit einem Start verbrauchte Kraftstoffmenge oder das Integral eines Lastsignals, berechnet ab dem Start der Brennkraftmaschine, als Maß für die von der Brenn­ kraftmaschine seit einem Start erzeugte Wärme dient.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer seit Überschreiten wenigstens einer vorbe­ stimmten zweiten Temperaturschwelle für eine der Größen

• - Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur,
• - Brennkraftmaschinenschmiermitteltemperatur,
• - Ansauglufttemperatur oder
• - Temperatur des Getriebeschmiermittels

als Maß für die von der Brennkraftmaschine seit einem Start erzeugte Wärmemenge dient.