DE4427328A1 - Verfahren zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses

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Description

Zur Regelung der in einen Motor eingespritzten Kraftstoffmen­ ge sind elektronische Motorsteuergeräte bekannt. Um das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu regeln, ist es insbesondere bekannt, den Ausgang eines Abgas-Sauerstoffsensors als Be­ standteil eines Regelkreises zu verwenden. Ein derartiger Abgas-Sauerstoffsensor wird normalerweise in Strömungsrich­ tung vor dem Katalysator angeordnet, der die Abgase verarbei­ tet. In einigen Anwendungsfällen ist es bekannt, einen zwei­ ten Abgas-Sauerstoffsensor in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator einzusetzen, der zum Teil zur Überwachung der Leistungsfähigkeit des Katalysators dient. Bei Einsatz eines Abgas-Sauerstoffsensors zum einen stromaufwärts des Katalysa­ tors und zum anderen stromabwärts des Katalysators, besteht Bedarf nach einem verbesserten rückgekoppelten Regelungssy­ stem für das Luft-/Kraftstoffverhältnis, das die Signale von beiden Sensoren empfängt.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Luft-/Kraftstoffverhältnis- Regelungssystem 10 für einen Motor mit einer Rückführung von einem hinter dem Katalysator 13 angeordneten Abgas- Sauerstoffsensor (EGO) 12, der zum Abstimmen des Istwertes der Regelgröße eines vor dem Katalysator angeordneten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelkreises vorgesehen ist, wel­ cher einen Vor-Katalysator-EGO-Sensor 14, eine Vor- Katalysator-Rückführungsregelung 15 und eine Gundkraftstoff­ steuerung 16 umfaßt. Diese Nach-Katalysator-Rückführung dient zum einen dazu, das Altern des Vor-Katalysator-EGO-Sensors 14 zu kompensieren, und zum anderen, das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors in dem Katalysatorfen­ ster zu halten. Mit derartigen Verbesserungen der Arbeitswei­ se lassen sich die Abgasemissionen reduzieren. In den bisher entwickelten Systemen wird die Rückführung von dem Nach- Katalysator-Sensor benutzt, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Vor-Katalysator-Regelkreises langsam einzustellen, indem entweder der Sollwert des Vor-Katalysator-EGO-Sensors verän­ dert wird oder die relativen Werte der oben-unten Integrati­ onsstufen und/oder der Rücksprungwerte in dem Vor- Katalysator-Regelkreis verändert werden. Ein Nach- Katalysator-Regelkreis weist einen zwischen dem Nach- Katalysator-EGO-Sensor 12 und dem Vor-Katalysator- Rückführungsregler 15 geschalteten Vor-Katalysator- Rückführungsregler 17 auf.
In derartigen Vor-Katalysator/Nach-Katalysatorregelungsyste­ men verursacht der Vor-Katalysator-EGO-Sensor zum einen Re­ gelabweichungen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, die als Funktion der Motordrehzahl und des Drehmomentes des Motors variieren. Zum anderen wird das Nach-Katalysator-EGO- Sensorrückführungssignal durch die Anreicherung von Sauer­ stoff in dem Katalysator verzögert. Da sich die Motordrehzahl und das Drehmoment des Motors während der dynamischen Be­ triebsbedingungen dauernd ändern, kann die Korrektur des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, die bei dem Vor-Katalysator- Regelkreis unter diesen Bedingungen erfolgt, nicht an demsel­ ben Drehzahl-/Drehmomentpunkt stattfinden, der das Rückfüh­ rungssignal erzeugte, und die Regelabweichung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses wird folglich nicht korrekt eingestellt. Derartige Nach-Katalysator/Vor-Katalysator- Rückführungsregelungssysteme kompensieren das Altern des Vor- Katalysators-EGO-Sensors auf der Basis eines Mittelwerts. Sie halten das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors nicht bei allen Drehzahl-/Drehmomentbetriebspunkten des Motors in dem Katalysatorfenster. Es ist wünschenswert, ein System zu schaffen, das nicht nur das Altern des Vor-Katalysator-EGO- Sensors kompensiert, sondern auch das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors bei allen Drehzahl- /Drehmomentbetriebsbedingungen in dem Katalysatorfenster hält.
Die US-PS 41 10 978 offenbart (in ihrer Fig. 5) einen EGO- Sensorausgang, der in drei Bereiche unterteilt ist, die von dem Spannungsausgang des Sensors abhängen, um den Öffnungsbe­ reich eines Luftauslasses 42 (Fig. 6) nicht - wie in der vorliegenden Erfindung - für eine Lernsteuerung zu regeln. Der Bereich II entspricht einer stetigen Motorlaufbedingung, während der Bereich I einer Beschleunigungsbedingung und der Bereich III einer Leerlauf- oder Drosselungsbedingung des Motors entspricht. Die Ausgangsspannung e₁-e₃ des EGO-Sensors wird in einem Komparatorblock 35 (mit den Spannungen e₀, die die drei Bereiche darstellen) verglichen, um einen Transistor 36 zu steuern, der wiederum ein Ventil 37 zur Einstellung der durch den Luftauslaß 42 strömenden Luftmenge und folglich das Luft-/Kraftstoffverhältnis steuert. Der Zweck, die Luftmenge durch den Luftauslaß 42 als Funktion des Ausgangs des EGO- Sensors zu variieren, liegt darin, den Drei-Wege­ Katalysatorkonverter entweder in einem reduzierenden Zustand oder in einem oxidierenden Zustand in Abhängigkeit von den durch den Ausgang des EGO-Sensors angegebenen Betriebsbedin­ gungen des Motors zu betreiben.
Bei der Erfindung finden zwei Abgas-Sauerstoffsensoren (HEGO) Verwendung, von denen der eine in Strömungsrichtung vor dem Katalysator und der andere hinter dem Katalysator angeordnet ist, wobei der stromabwärtige HEGO-Sensor ein Rückführungs­ signal für eine Lernsteuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnis- Regelungssystems erzeugt. Der HEGO-Vorspannungsterm lernt auf der Basis der hinteren HEGO-Spannung. Der Vorspannungsterm wird in einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Grenzzyklusregelung verwendet, um die Luft-Kraftstoff-Regelung zum Betrieb in einem Katalysatorfenster zu verschieben.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Vor-Katalysator/Nach- Katalysator-Rückführungsregelungssystems für das Luft-/Kraftstoffverhältnis nach dem Stand der Tech­ nik, in dem die Nach-Katalysator-Rückführung eine Abstimmung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses bei einer Vor-Katalysator-Rückführung bewirkt.
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Vor-Katalysator/Nach- Katalysator-Rückführungsregelungssystems für das Luft-/Kraftstoffverhältnis, in der ein Nach- Katalysator-Abgassauerstoffsensor ein Rückführungs­ signal für die Lernregelung des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückführungsregelungs­ systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liefert,
Fig. 3 eine grafische Darstellung der HEGO-Sensor- Ausgangsspannung als Funktion des Luft-/Kraft­ stoffverhältnisses mit drei Betriebsbereichen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Generierung des R_BIAS- Terms beschreibt, der der Ausgang des Nach- Katalysator-HEGO-Sensor-Rückführungsreglers ist.
Fig. 2 zeigt ein Luft-/Kraftstoffverhältnisregelungssystem 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das eine Rückfüh­ rung von einem Nach-Katalysator-EGO-Sensor 21 verwendet, um vorhandene Werte, die in einer Luft/Kraftstoff­ vorspannungstabelle 29 gespeichert sind, geeignet zu beein­ flussen. Ein Grundkraftstoffregler 25 ist gekoppelt, um eine Eingabe für den Motor 24 zu geben. Die Abgase des Motors werden einem Katalysator 26 zugeführt. In Strömungsrichtung vor dem Katalysator 26 erzeugt ein Abgas-Sauerstoffsensor (EGO) ein Vor-Katalysator-EGO-Sensorrückführungssignal. Stromabwärts des Katalysators 26 erzeugt ein Abgas­ sauerstoffsensor 21 ein Nach-Katalysator-EGO-Sensorrück­ führungssignal. Ein stromabwärtiger HEGO-Sensor 21 liefert ein Rückführungssignal für die Lernregelung des Luft-/Kraftstoffverhältnis-Regelungssystems 20.
Das Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückführungsregelungssystem 21 umfaßt eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Vorspannungstabelle 29, die über eine Additionseinrichtung 28 ein Vorspannungs­ signal (bias signal) an einen Luft-/Kraftstoffverhältnis- Regler 27 abgibt, um die Integratorverstärkung des PI-Reglers (Luft/Kraftstoff-Rückführungsregler 27) als eine Funktion der Motordrehzahl und des Drehmomentes des Motors zu verändern. Das Vorspannungssignal schafft eine Korrektur für die ver­ schiedenen Betriebscharakteristiken des vorderen HEGO-Sensors bei verschiedenen Motordrehzahlen und Drehmomenten des Mo­ tors. Die Additionseinrichtung 28 empfängt ferner ein Signal von dem hinteren HEGO-Sensor-Rückführungsregler 22, der eine Veränderung des Vorspannungssignals bewirkt. Dies bewegt die Tabellenwerte nach oben oder unten und erfolgt in erster Linie dazu, um das Altern des stromaufwärtigen HEGO-Sensors 23 zu korrigieren.
Die Lernregelung erfolgt durch einen Ausgang des hinteren HEGO-Sensors 21 mit "drei Zuständen", wie Fig. 3 zeigt. Die vorderen und hinteren HEGO-Sensoren 23, 21 haben die Kennli­ nien, die durch den als Funktion des Luft-/Kraftstoff­ verhältnisses aufgetragenen Spannungsverlauf dargestellt sind, in denen drei Bereiche des HEGO-Sensorausgangssignals vorhanden sind, d. h. ein fetter Bereich #1, ein unwirksamer Bereich #2 und ein magerer Bereich #3. Wenn das Signal von dem hinteren HEGO-Sensor 21 in dem unwirksamen Bereich #2 liegt, wird das Lernen unterbrochen. Das Lernen erfolgt in den Bereichen #1 und #3. Mit anderen Worten korrigiert der Rückführungskreis des hinteren HEGO-Sensors das Altern des vorderen HEGO-Sensors oder fehlerhafte Ausgaben auf beiden Seiten des unwirksamen Bereichs, korrigiert aber die Beein­ flussungstabelle nicht während des Betriebs innerhalb des unwirksamen Bereichs. Wie oben angegeben ist, verschiebt die hintere HEGO-Sensor-Schleife die Luft-Kraftstoff- Vorspannungstabelle 29 zur Korrektur einer fehlerhaften Front-HEGO-Sensor-Kontrolle durch das Lernen der langfristi­ gen Alterungscharakteristiken des vorderen HEGO-Sensors in eine Richtung.
Bei der Luft-Kraftstoff-Vorspannungstabelle 29 handelt es sich um eine Tabelle mit vielen Zellen, die Korrekturwerte enthalten, welche benutzt werden, um den Istwert des rückge­ koppelten Luft-Kraftstoff-Regelkreises eines Motors 24 als Funktion der Motordrehzahl und des Drehmomentes des Motors zu verschieben. Um das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verschie­ ben, können in der Praxis verschiedene Verfahren angewandt werden. Diese Verfahren umfassen das Verändern der Schalt­ punktreferenz des Vor-Katalysator-EGO-Sensors 23, das Verän­ dern der auf/ab Integrationsraten und/oder der Rücksprungwer­ te der Vor-Katalysator-Rückführungsschleife oder das Verän­ dern der relativen Schaltverzögerungen von mager zu fett und von fett zu mager in Abhängigkeit von dem Vor-Katalysator- EGO-Sensor 23. Ein Merkmal der Erfindung ist das Verfahren, mit dem die Werte der Drehzahl/Drehmoment-Speicherzellen der Luft-Kraftstoff-Vorspannungstabelle 22 verändert werden, um diese auf den neuesten Stand zu bringen. Der Nach- Katalysator-Rückführungsregler 22 liefert bei näherer Be­ trachtungsweise ein Vorspannungssignal, um die Werte in den Drehzahl/Drehmoment-Speicherzellen in der Luft-Kraftstoff- Tabelle 29 derart zu beeinflussen, daß diese durch das Rück­ führungssignal von dem Nach-Katalysator-EGO-Sensor 21 auf den neuesten Stand gebracht werden.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren, um die Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Vorspannungswerte in den verschiedenen Speicher­ zellen der Luft/Kraftstoff-Vorspanungstabelle 29 zu beein­ flussen. Im einzelnen wird die Ausgabe des Nach-Katalysator- EGO-Sensors 21 durch einen Spannungskomparatorschaltkreis verarbeitet, der ein "fettes" Signal erzeugt, wenn sich das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite des Katalysa­ torfensters befindet. Wenn ein "fettes" Signal erzeugt wird, bewirkt der Nach-Katalysator-Rückführungsregler einen langsa­ men Anstieg einer mageren Korrektur in einen positiven Ein­ gang der Additionseinrichtung 28. Auf die gleiche Weise be­ wirkt der Rückführungsregler einen langsamen Anstieg einer fetten Korrektur in den positiven Eingang der Additionsein­ richtung 28, wenn ein "mageres" Signal erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Durchführung der Rückführungskor­ rektur auf diese Weise tatsächlich gerade eine Möglichkeit ist, um die Integralrückführung mit der niedrigen Verstärkung von dem Nach-Katalysator-EGO-Sensor 21 zu realisieren.
Die aktuelle Signalverarbeitung erfolgt in den bekannten Motorregelungssystemen häufig digital. Damit kann die Nach- Katalysator-Rückführung auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Im folgenden wird nun anhand eines Beispiels be­ schrieben, wie die Erfindung arbeitet und wie sie realisiert werden kann.
Es sei angenommen, daß der Motor 24 bei einem bestimmten Drehzahl- und Drehmomentpunkt arbeitet, bei dem sich das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite des Katalysa­ torfensters befindet. Nachdem eine angemessene Zeit verstri­ chen ist, die auf die Zeitverzögerung durch den Katalysator 26 zurückzuführen ist, wird der Nach-Katalysator-EGO-Sensor 21 ein "fettes" Signal entsprechend dem Dreh­ zahl-/Drehmomentbetriebspunkt erzeugen.
Die vorstehend erörterte Nach-Katalysator-Rückführung ist eine reine Integralregelung, die die fett/mager Ausgangs­ signale von dem Komparatorschaltkreis des Nach-Katalysator- EGO-Sensors als ihren Eingang verwendet. Dies ist das her­ kömmliche Verfahren der Rückführung, das angewendet wird, wenn schaltende EGO-Sensoren Verwendung finden, um anzuzei­ gen, ob das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis fett oder mager ist. Es kann vorteilhaft sein, eine Rückführung mit drei Zuständen zu verwenden, um niederfrequente Schwan­ kungen in dem Luft-/Kraftstoffverhältnis des Motors zu ver­ meiden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft sein kann, die Temperatureffekte des EGO-Sensors zu kompen­ sieren. Eine derartige Temperaturkorrektur ist vorzunehmen, um jegliche rückgekoppelte Luft-/Kraftstoffverschiebungen auszugleichen, die bei einigen EGO-Sensoren auftreten, wenn sich die Abgastemperatur ändert. Fig. 3 zeigt Nach- Katalysator- Rückführungscharakteristiken des Luft-/Kraftstoffverhältnisses mit drei Zuständen in Abhängig­ keit der Ausgangsspannung des HEGO-Sensors in Fig. 2.
Die Bezeichnung EGO-Sensor bezieht sich auf Abgas- Sauerstoffsensoren im allgemeinen. So können beheizte Abgas- Sauerstoffsensoren (HEGO) und universelle Abgas- Sauerstoffsensoren (UEGO) gleichermaßen benutzt werden. Fer­ ner kann die Erfindung vorteilhafterweise bei Rückführungssy­ stemen Verwendung finden, die Nach-Katalysator- Emissionssensoranordnungen verwenden. Verschiedene andere Abgasemissionssensoren können verwendet werden, um die Abgas­ komponenten wie Kohlenwasserstoff oder Oxide des Stickstoffs zu detektieren.
Das gemäß Fig. 2 von der Additionseinrichtung 28 an den Luft/-Kraftstoffverhältnis-Rückführungsregler 27 abgegebene Signal ist Bias - Gx und bewirkt eine Vorspannungsverschie­ bung für den Grenzzyklus des Luft-/Kraftstoffverhältnisses.
In Form einer Gleichung:
BIAS_Gx = FN 1353A (N, Load) * EGO_BIAS_MLT + R_BIASX
Die Terme FN 1353A (N, Load)*EGO_BIAS_MLT sind abgeglichen und daher vorgegeben. Der letzte Term, R_BIAS, wird von dem hinteren EGO-Sensor 21 gelernt und wird von dem Nach- Katalysator-HEGO-Sensor-Rückführungsregler 22 an einen positiven Eingang der Additionseinrichtung 28 gelegt.
BERECHNUNG DES R_BIASX TERMS
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei zur Berechnung des R_biasx Terms oder des Abstimmungsvorspannungsterms (trim bias term), der das Ausgangssignal von Block 22 zur Additionseinrichtung 28 darstellt, zunächst dargelegt, daß - obwohl in Fig. 2 lediglich ein vorderer Sensor 23 und ein hinterer Sensor 21 dargestellt ist - auch ein System mit zwei Zylinderreihen, z. B. ein V₈-Motor, eingesetzt werden kann, bei dem jede Reihe von vier Zylindern einen vorderen und einen hinteren Sensor hat. Solche Reihen werden üblicherweise als Reihen 1 und 2 bezeichnet.
Bei der Erklärung der Erzeugung des R_bias Terms finden fol­ gende Definitionen Verwendung.
DEFINITIONEN EINGABEN
Register:
  • - BG_TMR = Hintergrundschleifenzeitglied.
  • - BIAS_SUM1 = hinteres EGO BIAS Summenregister für Reihe 1.
  • - BIAS_SUM2 = hinteres EGO BIAS Summenregister für Reihe 2.
  • - ECT = Kühlmitteltemperatur des Motors.
  • - EGO12FMFLG = EGO12 Fehlermodus-Flagge; 1 → EGO12 fehler­ haft.
  • - EGO22FMFLG = EGO22 Fehlermodus-Flagge; 1 → EGO22 fehler­ haft.
  • - LOAD = allgemeine Last (LOAD) als Verhältnis der Luftmenge über dem Standard.
  • - N = Motordrehzahl, Umdrehungen pro Minute.
  • - PCOMP_DISP = PCOMP_PPM in Anzeigeform.
  • - R_BIAS1 = hintere BIAS Abstimmung für Reihe 1.
  • - R_BIAS2 = hintere BIAS Abstimmung für Reihe 2.
  • - RBIAS-CL-TMR = Zeit nach Eintritt in den geschlossenen Regelkreis in Sekunden.
  • - RBIAS1_EGOSW = Anzahl der EGO-Umschaltungen nach der letz­ ten R_BIAS1 Aktualisierung (update).
  • - RBIAS2_EGOSW = Anzahl der EGO_Umschaltungen nach der letz­ ten hinteren BIAS.
  • - RBIAS_LN_TMR = Zeit nach dem Erfüllen der Eingangsbedingun­ gen zum Lernen.
  • - TCSTRT - Kühlmitteltemperatur beim Start.
  • - VEGO12 = Spannung des stromabwärtigen Reihe1-HEGO-Sensors.
  • - VEGO12_BAR = gefilterte Spannung des stromabwärtigen Rei­ he1-HEGO-Sensors.
  • - VEGO22 = Spannung des stromabwärtigen Reihe2-HEGO-Sensors.
  • - VEGO22_BAR = gefilterte Spannung des stromabwärtigen Rei­ he2-HEGO-Sensors.
  • - VSBAR = gefilterte Fahrzeuggeschwindigkeit.
Bit-Flaggen:
  • - DS_LEAN1 = Flagge, die von dem stromabwärtigen EGO-Monitor verwendet wird, um zu signalisieren, wann eine magere Luft- Kraftstoff-Exkursion für Reihe1 erforderlich ist.
  • - DS_LEAN2 = Flagge, die von dem stromabwärtigen EGO-Monitor verwendet wird, um zu signalisieren, wann eine magere Luft- Kraftstoff-Exkursion für Reihe2 erforderlich ist.
  • - DS_RICH1 = Flagge, die von dem stromabwärtigen EGO-Monitor verwendet wird, um zu signalisieren, wann eine fette Luft- Kraftstoff-Exkursion für Reihe1 erforderlich ist.
  • - DS_RICH2 = Flagge, die von dem stromabwärtigen EGO-Monitor verwendet wird, um zu signalisieren, wann eine fette Luft- Kraftstoff-Exkursion für Reihe2 erforderlich ist.
  • - MFMFLG = MAP/MAF FMEM Flagge.
  • - OLFLG = Flagge für rückführungslose Steuerung.
  • - PCOMP_ENA = PCOMP Strategie-Flagge, die aktiviert ist; 1 → PCOMP ist aktiviert; Zusatzkraftstoff ist desaktiviert.
  • - REGOFL1 = hintere EGO-1 Flagge.
Eichkonstanten:
  • - BIAS_G_RES = Auflösung der BIAS_G.
  • - FN334(VEGOXX_BAR) = BIAS/MIN Abstimmung als Funktion der Spannung des hinteren HEGO-Sensors.
  • - FN360(TCSTRT) = Zeit nach dem Durchdrehen, wenn es passend ist, den hinteren HEGO zum Abstimmen zu verwenden.
  • - TLE HEGO_CONFIG = HEGO Konfigurationsregister.
  • - RBIAS_CL_TM = die in dem geschlossenen Regelkreis erfor­ derliche Zeit bevor die BIAS Abstimmung zugelassen ist.
  • - RBIAS_ECT_MN = Minimum-ECT, die erforderlich ist, um den hinteren EGO für die Front-EGO-Abstimmung zu verwenden.
  • - RBIAS_ECT_MX = Maximum-ECT, die zugelassen ist, um den hinteren EGO für die Front-EGO-Abstimmung zu verwenden.
  • - RBIAS_LD_MAX = Maximum-Last (LOAD), die zugelassen ist, um den hinteren EGO zum Lernen der BIAS zu verwenden.
  • - RBIAS_LD_MIN = Minimum-Last (LOAD), die erfoderlich ist, um den hinteren EGO zum Lernen der BIAS zu verwenden.
  • - RBIAS_LN_TM = die in einer Geschwindigkeits/Last-Bedingung zum Start des Lernens erforderliche Zeit.
  • - RBIAS_MAX = maximal zugelassener Wert der R_BIAS.
  • - RBIAS_MIN = minimal zugelassener Wert der R_BIAS.
  • - RBIAS_N_MAX = maximale Drehzahl, die zugelassen ist, um den hinteren EGO zum Lernen der BIAS zu verwenden.
  • - RBIAS_N_MIN = minimale Drehzahl, die zugelassen ist, um den hinteren EGO zum Lernen der BIAS zu verwenden.
  • - RBIAS_PCOMP = maximal zugelassener PCOMP Wert, um den hin­ teren EGO zum Front-EGO-Abstimmen zu verwenden.
  • - RBIAS_VS_MIN = minimale Fahrzeuggeschwindigkeit, die erfor­ derlich ist, bevor das BIAS-Abstimmen zugelassen ist.
  • - TC_VEGO_FA = Zeitkonstante für den hinteren HEGO-Filter, die in der vorher/nachher-Regelung benutzt wird.
AUSGÄNGE
Register:
  • - RBIAS_CL_TMR = siehe oben.
  • - RBIAS_LN_TMR = siehe oben.
  • - RBIAS1_EGOSW = siehe oben.
  • - BIAS_SUM1 = siehe oben.
  • - BIAS_SUM2 = siehe oben.
  • - R_BIAS1 = siehe oben.
  • - R_BIAS2 = siehe oben.
Bit-Flaggen:
  • - DS_LEAN1 = siehe oben.
  • - DS_RICH1 = siehe oben.
Fig. 4 zeigt die wesentlichen Schritte zur R_BIAS-Berechnung beginnend mit Block 100 zum Starten der Folge, wobei Block 101 die verschiedenen Schritte in der Folge angibt und Block 102 das Ende der Folge angibt. Der erste Schritt in Block 101 wird näher in Block 105 beschrieben, der den Beginn des Fil­ terns der Spannung von dem EGO-Sensor darstellt. In Block 106 wird die Spannung des EGO-Sensors gefiltert und in Block 107 wird die Folge zum Filtern der Spannung des EGO-Sensors beendet. Die Filterung erfolgt mit einem Filter zur Bildung eines gleitenden Durchschnitts, wobei der neue Wert der Summe der Werte des letzten Datenstücks multipliziert mit einem Gewichtsfaktor plus dem früheren Mittelwert, multipliziert mit dem Wert 1 abzüglich des Gewichtungsmittelwertes, ent­ spricht. Somit wird in Abhängigkeit von der Größe des Gewich­ tungsfaktors der gleitende Durchschnitt mehr oder weniger von dem früheren Mittelwert beeinflußt.
Die zweite Stufe von Block 101 wirkt als ein rückgekoppeltes Zeitglied und ist näher bei Block 110 beschrieben, in dem ein rückgekoppeltes Zeitglied gestartet wurde. Dieser Schritt wird ausgeführt, um sicherzustellen, daß der Katalysator in einem stabilen Zustand arbeitet. Der logische Fluß geht von Block 110 auf einen Entscheidungsblock 111 über, in dem fest­ gestellt wird, ob das Regelungssystem mit einer Rückführung betrieben wird. Wenn dies der Fall ist, geht der logische Fluß auf einen Block 112 über, wo ein Inkrement des rückge­ koppelten Zeitgliedes vorgesehen ist. Falls dies nicht der Fall ist, geht der logische Fluß auf Block 113 über, wo das rückgekoppelte Zeitglied zurückgesetzt wird. Der logische Fluß von beiden Blöcken 113 und 112 geht über auf Block 114, in dem das rückgekoppelte Zeitglied beendet wird. Das Zeit­ glied mißt die Zeit in einer rückgekoppelten Schleife. Dies ist die Zeit in der rückgekoppelten Schleife, die erforder­ lich ist, festzustellen, ob das System für die hintere Rück­ führungsregelung bereit, d. h. stabil ist.
Das dritte "Ausführen" in Block 101 bezieht sich auf das Lernen des Zeitgliedes. Der Beginn erfolgt in Block 120. Der logische Fluß geht dann auf einen Entscheidungsblock 121 über, wo eine Anzahl von Zuständen vorgegeben werden, um festzustellen, ob irgendein Lernen von irgendwelchen Front- HEGO-Charakteristiken von dem hinteren HEGO durchgeführt werden kann, d. h. alle diese Bedingungen müssen logisch wahr sein: der Spüldurchfluß (purge flow) muß niedrig sein; die Fahrzeuggeschwindigkeit muß mittel oder hoch sein, so daß stabile Fahrgeschwindigkeitsbedingungen vorliegen; die Dreh­ zahl des Motors muß innerhalb eines geeigneten Fensters lie­ gen; die Motorlast muß innerhalb eines geeigneten Fensters liegen; die Kühlmitteltemperatur des Motors muß innerhalb eines geeigneten Fensters liegen; der Luftmengenmesser muß arbeiten; und das System darf keinen HEGO-Monitor-Test aus­ führen, z. B. einen internen Diagnosetest. Falls alle diese Bedingungen erfüllt sind, geht der logische Fluß auf Block 122 über, in dem ein Inkrement des Lernzeitgliedes vorgesehen ist, und die Lernzeitglied-Bedingung ist logisch wahr. Falls in Block 121 irgendeine Bedingung nicht logisch wahr ist, geht der logische Fluß auf Block 123 über, in dem das Lern­ zeitglied zurückgesetzt wird und die Lernzeitglied-Bedingung auf logisch falsch festgesetzt wird. Der logische Fluß geht sowohl von Block 123 als auch von Block 122 auf Block 124 über, wo das Lernzeitglied beendet ist. Der Zweck dieser Folge liegt darin, einen stabilen Katalysatorbetriebszustand sicherzustellen.
Das vierte "Ausführen" in Block 101 ist eine Ausgaberoutine, die im einzelnen bei Block 130 beschrieben ist, der die Aus­ gaberoutine in Gang setzt. Der logische Fluß von Block 130 geht auf einen Entscheidungsblock 131 über, in dem festge­ stellt wird, ob die Hardware verfügbar ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der logische Fluß auf Block 132 über, wo der R_bias Term auf Null gesetzt wird, und dann geht der logische Fluß auf Block 136 über, an dem die Ausgangsroutine beendet ist. Falls Hardware in Block 131 verfügbar ist ("Ja"), geht der logische Fluß auf einen Entscheidungsblock 133 über, wo festgestellt wird, ob die Lernzeitgliedbedingung wahr ist. Wenn dies der Fall ist, geht der logische Fluß zu Block 134 über, wo FAOSC_CORE ausgeführt wird und R_BIAS auf den neuesten Stand gebracht wird, falls dies erforderlich ist. Falls sich z. B. der hintere EGO-Sensor 21 in dem unwirk­ samen Bereich befindet, findet keine Aktualisierung statt. Ist dies nicht der Fall, geht der logische Fluß auf Block 135 über, wo der R_BIAS nicht verändert wird. Der logische Fluß sowohl von Block 134 als auch von Block 135 geht auf Block 136 über, womit die Ausgaberoutine beendet ist.
Nachfolgend wird auf Block 140 Bezug genommen. Es wird FAOSC_CORE begonnen, was eine Abkürzung für vorher/nachher Sauerstoffsensorregelung (fore aft oxygen sensor control) ist. Der logische Fluß geht dann auf einen Block 141 über, wo ermittelt wird, ob die hinteren EGOs bereit sind, d. h. der hintere EGO in jeder Reihe wird auf seine Funktionsweise und seinen Betrieb kontrolliert. Der logische Fluß von Block 141 geht auf Block 142 über, welcher das Ende für FOASC_CORE darstellt.
Wenn der rückwärtige HEGO-Sensor in Betrieb ist, ist es für das System richtig, von dem EGO-Sensor zu, lernen und wenn das System lange genug eine rückgekoppelte Regelung ausge­ führt hat, ist es richtig, den hinteren EGO-Sensor zu verwen­ den, um die Front-HEGO-Charakteristiken zu lernen. Um die Front-HEGO-Charakteristiken zu lernen, wird die Spannung des hinteren HEGO-Sensors in die Transferfunktion eingesetzt, um eine Lernrate zu bestimmen, d. h. den Betrag von BIAS, der pro Minute gelernt wird. Diese Rate wird mit der Zeit multipli­ ziert, die seit dem letzten Lernen vergangen ist. Dieser Wert ist dann gleich der BIAS, die während des Auswertungsarbeits­ ganges erlernt wurde. Diese BIAS Beträge für jeden Arbeits­ gang werden in einem Register addiert, das als BIAS_SUM1 für die Reihe 1 des Motors und als BIAS_SUM2 für die Reihe 2 des Motors bezeichnet wird.
Der logische Fluß zum Beginn der BIAS_SUM Berechnung startet bei Block 150. Der logische Fluß von Block 150 geht auf einen Entscheidungsblock 151 über, wo festgestellt wird, ob die EGOs in Ordnung sind und ob das Lernzeitglied größer als das vorgegebene Minimum und das rückgekoppelte Zeitglied größer als das vorgegebene Minimum ist. Ist dies der Fall, geht der logische Fluß auf Block 152 über, in dem der Wert BIAS_SUM gleich dem als letztes berechneten Wert BIAS_SUM zuzüglich dem alten Wert BIAS_SUM ist. Wenn nicht, erfolgt im logischen Fluß ein Zurücksetzen des BIAS-SUM Terms. Der logische Fluß von beiden Blöcken 152 und 153 geht auf Block 154 über, wo die BIAS Berechnung beendet wird.
Wenn der Wert des BIAS_SUMX Terms groß genug wird, negativ oder positiv, wird der aktuelle zur Modifikation des Grenzzy­ klus verwendete Term R_BIASX modifiziert. Die Auflösung von BIAS_SUMX ist viel kleiner als die Auflösung von R_BIASX, wodurch ein langsames Lernen erlaubt wird und Instabilitäten vermieden werden. Falls der hintere HEGO auf der einen Seite der Stöchiometrie für eine bestimmte Zeitdauer verbleibt, beginnt das Register BIAS_SUMX mit der Inkrementierung. Nach vielen Hintergrund-Auswertungsvorgängen wird der Wert in BIAS_SUMX groß genug, um eine Verschiebung des LAMBSE Grenz­ zyklus durch Inkrementierung des Terms R_BIASX1 zu bewirken. BIAS_SUMX wird dann gelöscht und neu gestartet. Dies wird so lange fortgesetzt, bis sich das System stabilisiert. Die Spannung des hinteren HEGO verbleibt innerhalb des unwirksa­ men Bereichs und BIAS_SUMX und RBIASX werden nicht auf den neuesten Stand gebracht.
Das fünfte "Ausführen" in Block 101 besteht darin, eine Ver­ zögerung mit einer Schleife durchzuführen. Dies zeigt Block 160, wo eine Verzögerung mit einer Schleife gestartet wird. Der logische Fluß von Block 160 geht auf Block 161 über, wo die alten Werte auf die laufenden Werte gesetzt werden. Der logische Fluß geht dann auf Block 162 über, wo die Verzöge­ rung mit einer Schleife beendet wird.
In Block 170 beginnt die abschließende Berechnung. Der logi­ sche Fluß von Block 170 geht auf einen Entscheidungsblock 171 über, wo der BIAS_SUM Term daraufhin untersucht wird, ob er größer oder gleich einer Auflösung ist und die alte R_BIAS kleiner als ein Maximalwert ist und der EGO geschaltet hat. Falls dies zutrifft, geht der logische Fluß auf Block 172 über, in dem BIAS_SUM dem vorgegebenden BIAS_SUM vermindert um eine Auflösung des BIAS gleichgesetzt wird. Der logische Fluß geht dann auf einen Block 173 über, wo der Wert R_BIAS dem alten Wert R_BIAS zuzüglich einer Auflösung des BIAS ge­ setzt wird. Falls die Entscheidung bei Block 171 nein ist, geht der logische Fluß auf einen Entscheidungsblock 174 über, wo geprüft wird, ob der Absolutwert des Wertes BIAS_SUM grö­ ßer oder gleich einer Auflösung ist. Es wird auch überprüft, ob die alte R_BIAS größer als das Minimum ist, und ob der EGO geschaltet hat. Falls dies der Fall ist, geht der logische Fluß auf Block 175 über, wo die BIAS_SUM gleich der alten BIAS_SUM zuzüglich einer Auflösung der BIAS gesetzt wird. Der logische Fluß geht dann auf Block 176 über, wo der R_BIAS gleich dem alten R_BIAS, verringert um eine Auflösung der BIAS gesetzt wird. Falls die Entscheidung bei Block 174 nein ist, geht der logische Fluß auf Block 177 über, wo BIAS_SUM der alten BIAS_SUM gleichgesetzt wird und R_BIAS dem alten R_BIAS gleichgesetzt wird. Der logische Fluß von den Blöcken 173, 176 und 177 geht dann auf Block 178 über, wo die ab­ schließende Berechnung beendet wird.
Nachdem der R_BIAS Term berechnet worden ist, wird dieser gemäß Fig. 2 an die Additionseinrichtung ausgegeben, um zu dem Ausgangswert des Grund-BIAS-Luft/Kraftstoff-BIAS- Tabellenblocks 29 hinzuaddiert zu werden. Der Ausgang der Additionseinrichtung 28 ist ein BIAS_GX Term. Der BIAS_GX Term sorgt für einen BIAS oder für eine Verschiebung zum Einsatz des LAMBSE Grenzzyklus. Dann wird der BIAS_GX Term dem Luft/Kraftstoff-Rückführungsregler 27 zugeführt. Der BIAS_G Term stellt den aus der Stöchiometrie stammenden Be­ trag der BIAS dar. Der BIAS_Term wird dazu verwendet, den Grenzzyklus in einem mittleren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu betreiben, das hinsichtlich der Stöchiometrie fett oder mager ist. Für BIAS gleich null entspricht das mittlere Luft-/Kraftstoffverhältnis der Stöchiometrie.

Claims (7)

1. Verfahren zum Regeln des Luft-/Kraftstoffverhältnisses unter der Verwendung von elektronischen Motorsteuerungen für einen Verbrennungsmotor mit folgenden Verfahrens­ schritten:
Vorsehen eines Paares von Sensormitteln (21, 23) zum Cha­ rakterisieren wenigstens eines Bestandteils des Abgases im Abgasstrom des Verbrennungsmotors, von denen das er­ ste Sensormittel (23) in Strömungsrichtung vor einem Katalysator (26) und das zweite Sensormittel (21) in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator angeordnet ist;
Vorsehen einer Steuereinrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang mit den stromaufwärti­ gen und stromabwärtigen Sensormitteln (23, 21) und der Ausgang mit den den Motor (24) steuernden Betätigungs­ einrichtungen derart verbunden ist, daß eine erste das erste stromaufwärtige Sensormittel (23) umfassende Rück­ führungsschleife und eine zweite Rückführungsschleife gebildet wird, die das zweite stromabwärtige Sensormit­ tel (21) umfaßt;
Vorsehen einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Vorspannungs­ tabelle (29) in der ersten Rückführungsschleife zur Ver­ änderung der Übertragungsfunktion der ersten Rückfüh­ rungsschleife; und
Verwenden eines Ausgangs des zweiten stromabwärtigen Sensormittels (21) zum Vorspannen des Ausgangs der Luft- /Kraftstoff-Vorspannungstabelle (29), wodurch die erste und die zweite Luft-/Kraftstoffverhältnis- Rückführungsschleife bezüglich des Alterns des ersten stromaufwärtigen Sensormittels (23) kompensiert werden und wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, innerhalb des Katalysatorbetriebsfensters als eine Funktion der Betriebspunkte der Motordrehzahl und des Drehmomentes des Motors zu verbleiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormittel (21, 23) ein Abgas-Sauerstoffsensor (EGO- Sensor) ist, und daß das Verfahren ferner die Verwendung einer Rückführung mit drei Zuständen in der ersten und/oder der zweiten Rückführungsschleife umfaßt, um niederfrequente Schwankungen in dem Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Rückführungsregelungssystem zu vermeiden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sensormittel (21) ein Abgasemissionssensor ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Verwendung eines Ausgangs des zweiten strom­ abwärtigen Sensormittels (21) zur Vorspannung des Aus­ gangs der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Vorspannungstabelle (29) die folgenden Schritte umfaßt:
Feststellen einer niedrigen Spülströmung (purge flow);
Ermitteln, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeitsuntergrenze liegt und ein be­ stimmtes Maß an Stabilität hat;
Ermitteln, ob die Motordrehzahl, die Last und die Kühl­ mitteltemperatur sich innerhalb eines bestimmten Fen­ sters befinden;
Ermitteln, ob ein mit dem Verbrennungsmotor in Verbin­ dung stehender Luftmengenmesser korrekt arbeitet; und
Ermitteln, ob sich das zweite stromabwärtige Sensormit­ tel in einem Nicht-Test-Betriebsmodus befindet.
5. Vorrichtung zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnis­ ses eines elektronischen Motorsteuerungssystems mit
einem ersten stromaufwärtigen Abgas-Sauerstoffsensor (23), der in dem Abgasstrom des Motors (24) vor einem Katalysator (26) angeordnet ist;
einem in Strömungsrichtung hinter dem ersten Abgas- Sauerstoffsensor (23) und dem Katalysator (26) angeord­ neten zweiten Abgas-Sauerstoffsensor (21), der mit dem Abgasstrom des Motors (24) in Verbindung steht;
einem Nach-Katalysator-Sensor-Rückführungsregler (22), der mit dem zweiten EGO-Sensor (21) in Verbindung steht, um ein Abstimmvorspannungssignal zum Verschieben der Luft-/Kraftstoffverhältnis-Abstimmwerte zu liefern;
einer Luft-/Kraftststoffverhältnis-Vorspannungstabelle (29), in der ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Abstimmwert als Funktion der Drehzahl und des Drehmomentes gespei­ chert ist; und Liefern eines Grund-Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Vorspannungssignals; einer Additionseinrich­ tung (28), die zum Erhalt des Luft-/Kraftstoff­ verhältnis-Vorspannungssignals mit der Aktualisierungs­ einrichtung der Luft-/Kraftststoffverhältnis- Vorspannungstabelle und zum Erhalt des Abstimmvorspan­ nungssignals mit dem Nach-Katalysator-Sensor- Rückführungsregler (22) in Verbindung steht;
einem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückführungsregler (27), der mit einer Additionseinrichtung (28) in Verbin­ dung steht, um ein kombiniertes Vorspannungssignal zu erhalten und ein verarbeitetes Vorspannungssignal zu ge­ nerieren; und
einem Grundkraftstoffregler (25), der mit dem Motor (24) zur Regelung des dem Motor zugeführten Kraftstoffs in Verbindung steht und der mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückführungsregler (27) in Verbindung steht, um das verarbeitete Vorspannungssignal zu erhalten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nach-Katalysator-Rückführungsregler (22) zur Gene­ rierung der Abstimmvorspannung aufweist:
eine Einrichtung zum Ermitteln einer niedrigen Spülströ­ mung (purge flow), einer ausreichend hohen Fahrzeugge­ schwindigkeit, eines vorbestimmten Größenbereichs der Motordrehzahl, der Last und der Kühlmitteltemperatur, eines einsatzbereiten Luftmengenmessers und einer nicht­ diagnostischen Bedingung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nach-Katalysator-Rückführungsregler (22) zum Gene­ rieren der Abstimmvorspannung ferner umfaßt:
eine Übertragungsfunktionseinrichtung zum Bestimmen ei­ ner Lernrate für die Vorspannung.
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