DE4435447C2

DE4435447C2 - Verfahren zum Steuern der dem Kraftstoffeinlaß eines Verbrennungsmotors zugeführten Kraftstoffmenge

Info

Publication number: DE4435447C2
Application number: DE4435447A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull; Allan Joseph Kotwicki
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-10-05
Also published as: GB2282677B; DE4435447A1; GB9420183D0; GB2282677A; US5464000A; JPH07253039A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der dem Kraftstoffeinlaß eines Verbrennungsmotors zugeführten Kraftstoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektronische Kraftstoffsteuersysteme finden zunehmend in Ver brennungsmotoren Verwendung, um die Kraftstoffmenge zu bemes sen, die für die sich verändernden Motorbetriebsbedingungen erforderlich ist. Derartige Systeme verändern die Kraftstoff menge, die für die Verbrennung in Abhängigkeit von verschiede nen Systemeingaben bereitgestellt werden, zu denen die Winkel lage der Drosselklappe, die Motordrehzahl, die Luftdurchfluß menge und die sich durch die Verbrennung von Luft und Kraft stoff ergebende Abgaszusammensetzung zählen.

Die grundlegende Arbeitsweise der elektronischen Kraftstoff steuersysteme liegt darin, das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in oder im Bereich der Stöchiometrie zu halten. Elektronische Kraftstoffsteuersysteme arbeiten in verschiedenen Betriebszu ständen, die von den Motorbetriebsbedingungen, wie beispiels weise Starten, starkes Beschleunigen, plötzliches Bremsen und Leerlauf, abhängen. Zwei grundlegende Betriebszustände sind die Kraftstoffsteuerung mit Rückkopplung und die Steuerung ohne Rückkopplung.

Eine Kraftstoffsteuerung mit Rückkopplung findet statt, wenn sowohl die erforderliche Motorleistung als auch die Bedingun gen des Abgassensors einen Betrieb mit weniger schädlichen Emissionen erlauben. Bei einer rückgekoppelten Steuerung wird die zugeführte Kraftstoffmenge hauptsächlich durch eine Schät zung der Luftfüllung bestimmt, d. h. der in einem Zylinder eingeschlossenen Frischluftmenge. Diese Schätzung wird darauf hin durch einen Wert modifiziert, der von der Sauerstoffkon zentration in dem Abgas abhängt. Die Sauerstoffkonzentration ist für die gezündete Kraftstoff/Luft-Zusammensetzung kenn zeichnend.

Bei einem rückgekoppelten Betrieb wird der Sauerstoff im Abgas mit einem Sauerstoffsensor gemessen. Ein derartiger Sauer stoffsensor kann von unterschiedlichem Typ sein, z. B. ein Abgas-Sauerstoffsensor (EGO-Sensor), ein beheizter Abgas- Sauerstoffsensor (HEGO) oder ein universeller Abgas- Sauerstoffsensor (UEGO). Die elektronischen Kraftstoffsteuer systeme stellen die zugeführte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ausgabe des Sauerstoffsensors ein. Eine Sensorausgabe, die ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer Kraftstoffmenge oberhalb der Stöchiometrie) angibt, führt zu einer Abnahme der zuge führten Kraftstoffmenge. Eine Sensorausgabe, die ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer Kraftstoffmenge unterhalb der Stöchiometrie) angibt, führt zu einer Zunahme der zugeführten Kraftstoffmenge.

Das Kraftstoffsteuersystem erhält entsprechend der Kraftstoff menge, die während der rückgekoppelten Regelung für die unter schiedlichen Motordrehzahlen (Winkelgeschwindigkeit des Mo tors) und Lufteinlaßmengen erforderlich ist, eine Steuer- oder Korrekturinformation. Diese Information verändert sich inner halb einer bestimmten Motorfamilie bzw. eines bestimmten Mo tortyps von Motor zu Motor infolge der Veränderungen der Tei le, der Veränderungen des Alterungsgrades der Teile und der Bedingungen, unter denen das Fahrzeug gefahren wird. Folglich "lernt" das Kraftstoffsteuersystem die verschiedenen Motoran forderungen ständig, und es wird sowohl der Betrieb mit einer rückkopplungsfreien als auch mit einer rückgekoppelten Steue rung verbessert.

Die Information wird während der rückgekoppelten Regelung ständig auf den neuesten Stand gebracht und als Korrekturterm zur Änderung des von dem Kraftstoffsteuersystem erzeugten Kraftstoffwertes herangezogen. So wird die "gelernte" Informa tion dazu verwendet, dem Motor eine Kraftstoffmenge mit größe rer Genauigkeit zuzuführen.

Wegen der Kraftstoffsteuersystemspeichergrenzen oder Konstruk tionsgrenzen kann nur eine bestimmte Menge der Steuerinforma tion gespeichert werden. Folglich sind Informationen über die exakten Bedingungen, unter denen der Motor betrieben wird, im allgemeinen nicht verfügbar. In solchen Fällen wird die benö tigte Information durch Interpolation aus der für ähnliche Bedingungen gespeicherten Information bestimmt.

Die bekannten Systeme arbeiten nach dem Prinzip, daß in dem Motor bei einem Ansaugrohrdruck von Null ein Null- Luftdurchfluß durch das Ansaugrohr gegeben ist. Das Verhältnis zwischen der Kraftstoff- und der Luftdurchflußmenge ist line ar, und demgemäß wird der erzeugte Kraftstoffwert mit dem Korrekturterm multipliziert, um die Kraftstoffzuführmenge zu bestimmen. Die Multiplikation des Grundkraftstoffwertes mit dem Korrekturterm kann aber zu Fehlern bei der Berechnung der Kraftstoffzuführmenge führen.

So ist es aus der für die Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 herangezogenen DE 35 26 895 A1 bekannt, einen Kraftstoff einspritzimpulsbreitennennwert mit Hilfe der Luftmengenströ mung und der Motordrehzahl sowie einer Konstante zu bestim men. Aus einer Tabelle werden in Abhängigkeit von der Motor last Korrekturwerte ausgelesen, wobei die Korrekturwerte durch lineare Interpolation erhalten werden, wenn die festge stellte Motorlast nicht mit den gespeicherten Lasten zusam menfällt. Zur Ermittlung eines gewünschten Kraftstoffein spritzimpulsbreitenwertes wird der Korrekturwert mit dem vor her ermittelten Nennwert multipliziert.

Gemäß der GB 2 194 079 A werden Grundwerte des Kraftstoffein spritzimpulsbreitennennwertes sowie deren Korrekturwerte je weils aus Tabellen entnommen und durch eine Addition ver knüpft. Angaben über Interpolationsfunktionen zur Ermittlung von Zwischenwerten oder überhaupt über die Interpolation sind in dieser Druckschrift nicht enthalten.

In der US 4 593 666 wird ein Verfahren zur Anpassung der Koeffizienten einer linearen Funktion zur Ermittlung der Kraftstoffeinspritzzeit angegeben. Korrekturfaktoren werden durch Multiplikation mit der Ausgangsgleichung verbunden. Funktionsverläufe für die Korrekturwerte werden nicht vorge schrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähig keit eines Verbrennungsmotors zu erhöhen und die Verbrennungs produkte des Motors zu verringern, indem die Kraftstoffzuführ rate, mit der Kraftstoff dem Kraftstoffeinlaß eines Verbren nungsmotors zugeführt wird, exakt kontrolliert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch folgende Schritte gelöst:

Generieren des Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennennwertes als lineare Funktion der geschätzten Zylinderluftfüllung, Ermit teln des Korrekturtermes als zumindest abschnittsweise linea re Funktion der der Schätzung der Zylinderluftfüllung zugrun deliegenden Motorbetriebswerte und Addieren des Korrekturterms zum Kraftstoffeinspritzimpuls breitennennwert.

Zweckmäßige und weiterhin vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den auf diesen Anspruch rückbezogenen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Ein Vorteil insbesondere von bestimmten bevorzugten Ausfüh rungsformen der Erfindung liegt darin, daß Fehler in der Kraftstoffzuführmenge, die sich aus der Verwendung des linear interpolierten Kraftstoffkorrekturterms als Multiplikator ergeben, durch die Verwendung eines Korrekturterms als Sum mand, nicht aber als Multiplikator, reduziert werden. Folglich werden die Emissionen reduziert und der Kraftstoffverbrauch und das Fahrverhalten verbessert.

Im folgenden wird durch Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Verbrennungsmotors und des erfindungsgemäßen elektronischen Motorsteuersystems,

Fig. 2 eine Kurve, die den Fehler im Kraftstoffzufluß für verschiedene normalisierte Lasten des bekannten Steuersystems zeigt,

Fig. 3(a), 3(b) und 4(a) und 4(b) Kurven, die die Leistungsfähigkeit eines bekannten Kraftstoffsteuersystems und einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung für verschiedene Kraft stoff- und Luftstrommengen zeigen,

Fig. 5 eine Tabelle, die Daten enthält, welche während des Motorbetriebs nach dem bekannten Kraftstoffsteuer verfahren gewonnen wurden.

Fig. 1 zeigt ein das Prinzip der Erfindung verkörperndes Sy stem. Eine Kraftstoffpumpe 12 pumpt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 10 durch eine Kraftstoffleitung 13 zu einer Reihe von Einspritzdüsen 14, die Kraftstoff in einen Verbren nungsmotor 11 einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 14 sind herkömmlicher Bauart und dienen dazu, eine exakte Kraft stoffmenge in die zugehörigen Zylinder einzuspritzen. Der Kraftstofftank 10 enthält vorzugsweise Kraftstoffe wie Benzin, Methanol oder eine Mischung aus diesen Kraftstofftypen.

Ein beheizter Abgas-Sauerstoffsensor (HEGO) 30, der am Abgas system 31 des Motors 11 angeordnet ist, stellt den Sauerstoff gehalt des von dem Motor 11 erzeugten Abgases fest und liefert ein Signal 8 an die elektronische Motorsteuerung (EEC) 100. Einige andere generell mit 101 bezeichnete Sensoren liefern zusätzliche Informationen über die Motorleistungsfähigkeit an die ECC 100, z. B. die Kurbelwellenposition, die Winkelge schwindigkeit des Motors, die Drosselklappenposition etc. Die Informationen von diesen Sensoren werden von der ECC 100 zur Steuerung des Motorbetriebs benutzt.

Ein am Lufteinlaß des Motors 11 angeordneter Luftmengenmesser 15 mißt die Menge der den Zylindern für die Verbrennung zuge führten Luft. Die EEC 100 implementiert die als Blockdiagramm innerhalb der gestrichelten Linie 100 in Fig. 1 gezeigten Funktionen. Die ECC Funktionen 100 werden vorzugsweise von einem oder mehreren Mikrocontrollern, von denen sich jeder aus einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen zusammensetzt, die einen Prozessor, einen Festspeicher (ROM), der das von dem Prozessor ausgeführte Programm und die Konfigurationsdaten speichert, periphere Datenerfassungsschaltkreise und einen Direktzugriffs-Schreib/Lese-Notizblockspeicher zum Speichern sich dynamisch verändernder Daten umfassen, implementiert. Diese Mikrocontroller umfassen sowohl eingebaute ana log/digital Umsetzungsmöglichkeiten, die vorteilhaft sind, um Analogsignale von den Sensoren oder dgl. in digital ausge drückte Werte umzusetzen, als auch Zeitglieder/Zähler zum Generieren von zeitlichen Unterbrechungen.

Ein Mikrocontroller in der EEC 100 implementiert ferner eine mit 36 bezeichnete Proportional + Integral (P+I) Regelein richtung, die auf das binäre HEGO-Signal 5 antwortet, um die von den Einspritzdüsen 14 gelieferte Kraftstoffmenge zu steu ern, indem sie ein Luft/Kraftstoffsignal, LAMBSE, das einen Wert, der repräsentativ für ein beabsichtigtes Luftmen gen/Kraftstoff-Verhältnis in bezug auf das stöchiometrische Luftmengen/Kraftstoff-Verhältnis ist, einer weiteren Regelein richtung 16 zuführt, die ein Kraftstoffzuführmengensteuersi gnal 17 auf eine Weise berechnet, die nachfolgend beschrieben wird.

Das binäre HEGO-Signal 5 liefert ein Komparator 32, der einen digitalisierten Wert des HEGO-Signalwertes 8 mit einem gespei cherten Referenzwert VREF vergleicht. Der Komparator 32 er zeugt das binäre HEGO-Signal 5, das entweder ein fettes oder ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, das von dem HEGO-Senor 31 detektiert wurde. Die Ausgabe der P+I Regelein richtung 36 wird laufend einer Kraftstoffeinspritzdüsensi gnalerzeugungseinrichtung 16 und einer adaptiven logischen Einrichtung 41 zugeführt, die auch über die Sensorsignale 51 und 52 von dem Motorsensoren 101 Daten erhält, die die Motor winkelgeschwindigkeit und die Last (normalisierte Luftmengen füllung) betreffen. Die Sensorleitungen 51 und 52 enthalten jeweils die Winkelgeschwindigkeit und die Last kennzeichnende Signale. Diese Signale, die in Kombination einen geschätzten Luftfüllungswert in jeden Zylinder des Motors anzeigen, werden auf die adaptive logische Einrichtung 41 übertragen. Die bevorzugte Ausführungsform zieht die Motorwinkelgeschwindigkeit und die Luftdurchflußmenge heran, um einen Schätzwert des Zylinder luftfüllungswertes in den Motor zu bestimmen. Alternativ kön nen auch andere Indikatoren, z. B. eine Kombination aus dem Ansaugrohrdruck und der Motorwinkelgeschwindigkeit, benutzt werden, um einen Schätzwert des Zylinderluftfüllungswertes in den Motor zu bestimmen.

Die P+I Regeleinrichtung 36 bestimmt entsprechend dem binären HEGO-Signal 5, ob die Kraftstoffzuführmenge an den Einspritz düsen 14 erhöht oder verringert werden soll, in Abhängigkeit davon, ob der HEGO-Sensor 30 ein Sauerstoffniveau jeweils oberhalb oder unterhalb der Stöchiometrie anzeigt.

Die generell in Fig. 1 innerhalb des gestrichelten Rechtecks gezeigte adaptive Lerneinrichtung weist eine adaptive logische Einheit 41 und eine adaptive Kraftstofftabelle 42 auf. Bei der adaptiven Kraftstofftabelle handelt es sich um eine Speicher nachschlagetabelle, die eine zweidimensionale Anordnung von "gelernten" Kraftstoffsystemkorrekturwerten aufweist, wobei jede Zelle durch erste und zweite Werte adressiert wird, die jeweils die Motorwinkelgeschwindigkeit und die Last angeben, welche jeweils von den Signalen 51 und 52 geliefert werden. Wenn LAMBSE = 1 ist und die Daten von der adaptiven Kraft stofftabelle 42, in der das Lernen stattgefunden hat, benutzt werden, wird sich ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff- Verhältnis bei jedem Drehzahl/Last-Punkt, wo das adaptive Lernen stattgefunden hat, ergeben.

Die Tabelle 42 enthält ungefähr 80 durch die Motorwinkelge schwindigkeit und die Lastwerte indizierte Zellen, die Kraft stoffkorrekturwerte für die einzelnen Drehzahl-/Lastpunkte enthalten. Folglich können wegen der physikalischen Grenzen der Speicherkapazität und der Geschwindigkeit der Steuerein richtung 100 nur eine begrenzte Anzahl von Werten für den ganzen Bereich, in dem der Motor betrieben werden kann, ge speichert werden. Für den Fall, daß der Motor bei einem Dreh zahl-/Lastpunkt arbeitet, für den kein Kraftstoffkorrekturwert gespeichert ist, interpoliert die Steuereinrichtung 100 den erforderlichen Korrekturwert linear aus der indizierten Infor mation, die in der Tabelle 42 gespeichert ist. Wie nachfolgend beschrieben wird, erzeugt die bevorzugte Ausführungsform das Kraftstoffzuführmengensteuersignal 17 (auch als Einspritzdü sensteuersignal bezeichnet) in einer Weise, daß ein exaktes Signal unabhängig davon gewonnen wird, ob der Kraftstoffkor rekturwert direkt der Tabelle 42 entnommen wurde oder aus in der Tabelle befindlichen Werten interpoliert wurde.

Der beschreibbare Speicher, der die adaptive Kraftstofftabelle 42 enthält, wird selbst dann mit Strom versorgt, wenn der Motor abgeschaltet ist, so daß die in dem Speicher gespeicher te Information erhalten bleibt. Ein als Permanentspeicher ("Keep Alive Memory" (KAM)) bezeichneter Bereich des Speichers wird von der Fahrzeugbatterie dauernd mit Strom versorgt, selbst dann, wenn der Zündschlüssel abgezogen ist. Der Perma nentspeicher (KAM) ermöglicht, daß Werte, die die frühere Motorleistung beschreiben, "gelernt" und später zur besseren Kontrolle des nachfolgenden Motorbetriebs benutzt werden.

Die adaptive logische Einheit 41 (Logikbaustein 41) steuert die Funktionen der adaptiven Lernsteuereinrichtung 40 (Lernbaustein 40). Der aus der Tabelle 42 gelesene Zellenwert variiert zwischen 0,0 und 1,0 und wird durch den adaptiven Logikbaustein 41 um den Ausgleichszahlenwert 0,5 erhöht, um einen in Fig. 1 mit 20 bezeichneten Kraftstoffkorrekturterm k_compensation zu erzeugen, der dem Kraftstoffeinspritzdüsensteuer signalgenerator 16 zugeführt wird. So liegt der Korrekturterm k_compensation 20 zwischen 0,5 und 1,5.

Der adaptive Lernbaustein 40 wird von dem adaptiven Logikbau stein 41 gesteuert, um eine adaptive Lernstrategie zu imple mentieren, die die Motorleistung verbessert. Kraftstoffein spritzsysteme können infolge der normalen Veränderlichkeit der Kraftstoffsystemkomponenten bei Fahrzeugen zu Luft-/Kraft stoffverhältnisfehlern im Dauerbetrieb des Fahrzeugs führen. Der adaptive Lernbaustein löst dieses Problem, indem die Charakteristiken des benutzten individuellen Kraftstoffsy stems gespeichert werden. Diese gespeicherte Information wird dazu benutzt, um auf der Grundlage der früheren Kenntnisse vorherzusehen, was das System machen wird. Die Fähigkeit, das Systemverhalten vorherzusehen, verbessert sowohl die Steuerung mit Rückkopplung als auch die rückkopplungsfreie Steuerung. Die gespeicherte Information kann z. B. beim Kaltstart herange zogen werden, um eine bessere rückkopplungsfreie Steuerung zu erzielen, bevor der HEGO-Sensor seine Betriebstemperatur er reicht. Der Hauptvorteil der adaptiven Kraftstoffstrategie liegt aber darin, die Auswirkungen der Produktveränderlichkeit in dem Bereich zu reduzieren.

Der adaptive Lernbaustein 40 arbeitet wie folgt: Die Ausgabe der P+I Regeleinrichtung 36 (LAMBSE) wird auf obere und untere kalibrierbare Grenzen hin überprüft. Der adaptive Lernbaustein 40 bestimmt, daß LAMBSE außerhalb eines kalibrierbaren Be reichs liegt, wenn LAMBSE größer als eine obere Kalibriergren ze oder kleiner als eine kleinere Kalibriergrenze ist. Diese Grenze ist für jeden Typ des Motors, in welchem die Steuerein richtung eingebaut ist, genau festgelegt und liegt typischer weise bei 1%. Wenn LAMBSE die Grenze überschreitet, wird die Zelle in der adaptiven Tabelle 42, die der Winkelgeschwindig keit und der Last entspricht, bei der der Motor augenblicklich arbeitet, auf diese Weise inkrementiert. Wenn LAMBSE unterhalb der Grenze liegt, wird die Zelle in der adaptiven Tabelle 42, die der Winkelgeschwindigkeit und der Last entspricht, bei der der Motor augenblicklich arbeitet, dekrementiert, um die Kraftstoffzufuhr bei dieser Last und Winkelgeschwindigkeit zu verbessern. Jeder Zellenwert ist so in der Lage, einen laufend gelernten Wert darzustellen, der die Besonderheiten des jewei ligen Motors angibt, in welchem die Tabelle 42 installiert ist.

Die Schritte, die die EEC 100 bei der Erzeugung des Einspritz düsensteuersignals 17 ausführt, können wie folgt zusammenge faßt werden. Zunächst werden die Motorbetriebsparameter gemes sen, z. B. die Systemspannung, die Motorwinkelgeschwindigkeit, die Luftdurchflußmenge in dem Ansaugrohr (Last), und die Aus gabe des HEGO-Sensors wird gemessen. Der Ausgang des Kompara tors 32, der das binäre HEGO-Signal 5 von dem HEGO-Sensor 8 generiert, wird von der P+I Regeleinrichtung 36 benutzt, das Luft/Kraftstoff-Signal LAMBSE zu erzeugen. Der adaptive Lern baustein 40 zieht LAMBSE neben der gemessenen Motorwinkelge schwindigkeit und der Last heran, um den Kraftstoffkorrektur term k_compensation 20 zu generieren. Die Kraftstoffeinspritzdüsen steuersignalgenerationseinrichtung 16 generiert einen Kraft stoffeinspritzimpulsbreitennennwert in Abhängigkeit von dem Luft/Kraftstoff-Rückkopplungssignal, der Motorwinkelgeschwin digkeit und der Last und addiert den Korrekturterm k_compensation zu dem Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennennwert. Zuletzt fügt der Kraftstoffeinspritzsteuersignalgeneratorbaustein dem kor rigierten Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennennwert einen Aus gleichswert hinzu, der eine Funktion der gemessenen Sy stemspannung ist, um das Einspritzdüsensteuersignal 17 zu generieren.

Wie oben erwähnt, vermeidet die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in vorteilhafter Weise Fehler, die bei einem Einsatz eines linear interpolierten Kraftstoffkorrekturwertes zusammen mit einem Multiplikationsterm auftreten. Ein bekanntes Verfah ren erzeugt ein Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal nach der folgenden Beziehung:

worin
t_injection ein Kraftstoffeinspritzimpulsbreitensignal ist,
k_multiplier alle Terme angibt, die die Kraftstoffein spritzimpulsbreite multiplizieren, wobei dieser Term durch den Reziprokwert der Mo torwinkelgeschwindigkeit und verschiedener Konstanten gebildet wird,
_air die Durchflußmenge der durch die Luftan saugmittel strömenden Luft ist,
k_compensation ein Term ist, der die Nennkalibrierung mo difiziert,
AFR ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff- Nennverhältnis für bestimmte Kraftstoffe (14,64 für Benzin) ist,
λ_intended ein beabsichtigtes relatives Luft/Kraftstoff- Verhältnis (LAMBSE) ist und
k_adder durch die Terme gebildet wird, die der Kraft stoffeinspritzimpulsbreite zugefügt wer den.

Die vorstehend in Gleichung (1) angegebene Beziehung wird exakt durch die Werte korrigiert, die in Tabelle 42 unter den exakten Drehzahl/Last-Punkten der Tabelle gespeichert sind. Bei Drehzahl/Last-Punkten, für die der Korrekturwert k_compensation linear interpoliert ist, führt die obige Beziehung allerdings zu einem Fehler.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Kraftstoffe inspritzdüsensteuersignalgenerator 16 ein Kraftstoffzuführ steuersignal 17 nach der folgenden Gleichung:

worin die Variablen die in Gleichung (1) angegebenen Variablen sind.

Die oben angegebene Gleichung liefert in vorteilhafter Weise ein exaktes Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal 17, wenn der Kraftstoffkorrekturwert k_compensation der Tabelle einem exakten Drehzahl/Last-Punkt direkt entnommen wird oder für Dreh zahl/Geschwindigkeitspunkte zwischen den Tabelleneinträgen aus in der Tabelle 42 gespeicherten Werten linear interpoliert wird. Wie nachfolgend gezeigt wird, sind die bekannten Verfah ren der Kraftstoffsteuerung nicht in der Lage, die Kraftstoff zufuhr exakt zu steuern, wenn ein Fehler, der hier durch den Wert k_compensation dargestellt wird, von dem momentan erforderli chen Kraftstoffeinspritzwert durch eine affine Funktion ab weicht.

Wie für den Fachmann ersichtlich ist, ist k_compensation ein negier ter Wert des Fehlers. Eine lineare Funktion ist eine gerade Linie, die durch den Ursprung verläuft. Eine affine Funktion ist eine gerade Linie, die nicht notwendigerweise durch den Ursprung verläuft. Eine lineare Funktion kann so durch eine Gleichung der Form y = mx dargestellt werden, wohingegen eine affine Funktion durch eine Gleichung der Form y = mx + b darge stellt wird, wobei m die Steigung und b den Versatz vom Ur sprung in bezug auf die Y-Achse angibt. Wenn gespeicherte Korrekturwerte bei Drehzahl/Last-Punkten Verwendung finden, die exakt mit denen der Zellengrenzen übereinstimmen, führen die bekannten Verfahren zur Bestimmung eines Einspritzdüsen wertes zu einem richtigen Ergebnis. Im Falle eines bekannten Kraftstoffsystems tritt aber bei Verwendung interpolierter Werte ein Fehler bei nicht exakt auf den Zellengrenzen liegen den Drehzahl/Last-Werten auf.

Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß k_multiplier = 1, k_adder = 0, λ_intended = 1 und AFR = 1 ist. Um die folgende Darstellung zu vereinfachen werden die Einheiten in den Termen nicht be rücksichtigt. Damit ergibt sich folgende Gleichung (1):

t_injection = _air.k_compensation (3).

Die Nennfunktion (d. h. k_compensation = 1) ergibt sich wie folgt:

t_injection = _air (4).

Wenn die aktuelle (d. h. etwas andere als die Nenn-) Kraft stoffsystemleistung ist:

t_injection = 0,75 _air - 0,75 (5)

lernt das bekannte System die Kompensationswerte für zwei vorgegebene der Tabelle entnommene Werte _air, 2 und 4, aus:

und

Interpolation zur Ermittlung von k_compensation bei _air = 3,

die resultierende Einspritzung ist:

Mit einer aktuellen Kraftstoffsystemleistung von t_injection = 0,75 _air - 0,75 ist der gewünschte Wert t_injection 1,5, nicht aber 1,40625, welcher der nach dem bekannten Kraftstoff steuerverfahren erzeugte Wert ist.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform liefert, wie nachfolgend gezeigt wird, ein exaktes Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal 17, wenn k_compensation interpoliert wird. Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß - wie oben angegeben - k_multiplier = 1, k_adder = 0, λ_intended = 1 und AFR = 1 ist, und die Einheiten werden wie oben nicht berücksichtigt. Dann wird die Gleichung (2) zu:

t_injection = _air + k_compensation (11).

Die Nennfunktion lautet:

t_injection = _air (12).

Es sei angenommen, daß die aktuelle Kraftstoffsystemleistung, wie oben angegeben, t_injection = 0,75 _air - 0,75 ist. Mit den wie oben vorgegebenen Werten von _air, 2 und 4, lernt das System die Kompensationswerte wie folgt:

k_compensation = t_injection - _air (13)

k_compensation| _air = 2 = 0,75 - 2 = -1,25 (14)

mit _air = 2; und

k_compensation| _air = 4 = 2,25 - 4 = -1,75 (15)

mit _air = 4.

Die Interpolation zur Ermittlung von k_compensation mit _air = 3 führt zu k_compensation = -1,50 und die sich daraus ergebende Ein spritzung ist:

t_injection = _air + k_compensation = 3 + (-1,50) = 1,50 (16).

Die bevorzugte Ausführungsform liefert somit ein exaktes Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal t_injection, wobei ein inter poliertes Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal k_compensation ver wendet wird. Das Verfahren gemäß Gleichung (1) erzeugt hinge gen ein ungenaues Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal.

Die Fig. 3(a) und 3(b) veranschaulichen grafisch den Unter schied zwischen dem Verfahren gemäß Gleichung (1), das das Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal k_compensation als einen Multi plikator verwendet, und der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die das Kraftstoffeinspritzdüsensteuersignal als Addierer verwendet. In Fig. 3(a) sind die Auswirkungen des Gebrauchs von k_compensation als Multiplikator veranschaulicht. Auf der verti kalen Achse ist die geführte (commanded) Kraftstoffdurchfluß menge und auf der horizontalen Achse ist die Scheinluftdurch flußmenge aufgetragen. Das Nennverhältnis zwischen diesen Werten wird bei 401 gezeigt und das aktuelle Verhältnis wird bei 402 gezeigt. Die gestrichelten Linien 404, 405 und 406 stellen die aktuellen Verhältniswerte dar, die nach dem be kannten oben diskutierten Verfahren für Luftdurchflußmengen von jeweils zwei, drei und vier erzeugt wurden, wobei die Luftdurchflußmenge von drei interpoliert wird. Es ist bei 403 ersichtlich, daß die geführte Kraftstoffdurchflußmenge für die Scheinluftdurchflußmenge von drei, wo bei der Kraftstoffkor rekturwert durch Interpolation aus gespeicherten Werten er zeugt wird, unter den aktuellen Verhältniswert fällt.

Fig. 3(b) zeigt die Auswirkungen, wenn k_compensation entsprechend der bevorzugten Ausführungsform als Summand verwendet wird. In Fig. 3(b) wird das Nennverhältnis bei 410 und das Kalibrier verhältnis bei 411 gezeigt. Die gestrichelten Linien 412, 413, und 414 zeigen jeweils den Unterschied zwischen der Nennkali brierung und der aktuellen Kalibrierung für Luftdurchflußmen gen von zwei, drei und vier, wobei die Luftdurchflußmenge von drei wie in Fig. 3(a) interpoliert wird. Fig. 3(b) zeigt, daß die geführte Kraftstoffdurchflußmenge dem aktuellen Verhältnis für eine Scheinluftdurchflußmenge von drei entspricht, wo der Kraftstoffkorrekturwert durch Interpolation der gespeicherten Werte erzeugt wird.

Während die Interpolation in der obigen Darstellung zur Veran schaulichung mit einer Variablen durchgeführt wird, wird die Interpolation in der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform mit zwei Variablen in einer Art durchgeführt, die dem folgenden Interpolationsverfahren mit einer einzigen Va riablen x ähnlich ist.

y_w wird aus x_w mit der folgenden linearen Interpolation ermit telt, wobei (x₁, y₁) und (x₂, y₂) gegeben sind:

Die Substitution der folgenden Implementierungswerte für die Variablen in der obigen Gleichung:

KAMREF_j für y₁,
KAMREF_j+1 für y₂,
KAMREF für y_w,
AM_j für x₁,
AM_j+1 für x₂,
AM für x_w;
(wobei KAMREF gleich k_compensation und AM gleich _air in den früheren Gleichungen ist)
führt zu dem folgenden Interpolationsverfahren, das in der bevorzugten Ausführungsform herangezogen wird:

Wie nachfolgend dargestellt, ergibt sich eine parabolische Beziehung, wenn das obige Interpolationsverfahren in das be kannte Kraftstoffsteuerverfahren, das Gleichung (1) zeigt, eingesetzt wird. Die Substitution der folgenden Implementie rungswerte für die Werte in Gleichung (1), PW für t_injection, AM für _air, KAMREF für k_compensation und LAMBSE für λ_intended ergibt die folgende Gleichung:

Die Substitution des in Gleichung (20) ausgedrückten Interpo lationsverfahrens ergibt die folgende Gleichung zum Ermitteln der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite:

Der Wert KAMREF wird linear aus der in Fig. 1 gezeigten Tabel le 42 interpoliert und dann derart ausgeschnitten, daß 0,5 < KAMREF < 1,5 ist. Der sich als Folge eines solchen Ausschnei dens ergebende Adaptionsbereich wird in Fig. 4(a) veranschau licht. Die Linie 502 zeigt die nominelle Kraftstoffdurchfluß nennmenge und die gestrichelten Linien 501 und 503 zeigen jeweils die maximalen und minimalen Kraftstoffdurchflußnenn mengen, die bei dem ausgeschnittenen Wert von KAMREF zugelas sen sind. Infolge des dynamischen Bereichs des Motorluftmen genstroms und der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite tritt der an der linken Seite der Kurve gezeigte Nullbetriebsbereich tat sächlich niemals auf.

Es ist ersichtlich, daß das in Gleichung (22) mittels des AM- Terms (berechnet in der obigen Gleichung) ausgedrückte Ver hältnis parabolisch ist. Die Interpolation von KAMREF zwischen den Punkten AM_j und AM_j+1 ergibt folglich ein parabolisches Segment, wo die Kurve der Parabel nach oben oder unten in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Wechsels von KAMREF über einem Intervall konkav ist. Dies bedeutet, daß die interpo lierten Punkte mit Ausnahme an den exakten Punkten selbst immer entweder oberhalb oder unterhalb einer am besten passen den Geraden liegen.

Die bevorzugte Ausführungsform berechnet KAMREF nach einem linearen Interpolationsverfahren, das in Gleichung (20) ge zeigt ist. Substitution der folgenden Implementierungswerte in Gleichung (2): PW für t_injection, AM für _air, LAMBSE für λ_intended und KAMREF für k_compensation in Gleichung (2) ergibt die folgende Gleichung:

AM_maximum wurde zur Schaffung eines Skalierungsfaktors in die obige Gleichung eingesetzt, um den zulässigen Maximaladapti onseffekt zu steuern, während KAMREF über einen Wert von 1 zentriert worden ist. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, kann KAMREF vorteilhafterweise als Festkomma-Binärzahl zwi schen null und eins gespeichert werden, zu der ein Wert von 0,5 addiert wird, um die Informationsspeicherauflösung zu maximieren.

Die Substitution des Interpolationsverfahrens gemäß Gleichung (20) ergibt das folgende Verfahren zum Ermitteln der Kraft stoffeinspritzimpulsbreite:

Diese Beziehung kann im Gegensatz zu der in Gleichung (22) ausgedrückten Beziehung als linear angesehen werden. Der Wert KAMREF wird aus der in Fig. 1 gezeigten Tabelle 42 linear inter poliert und dann derart ausgeschnitten, daß 0,5 < KAMREF < 1,5 ist. Der sich als Folge eines solchen Ausschneidens ergebende Adaptionsbereich wird in Fig. 4(b) veranschaulicht. Die Linie 511 zeigt die Kraftstoffdurchflußnennmenge und die gestrichel ten Linien 510 und 512 zeigen jeweils die maximalen und mini malen Kraftstoffdurchflußmengen, die bei dem ausgeschnittenen Wert von KAMREF zugelassen sind. Infolge des dynamischen Be reichs der Motorluftdurchflußmenge und der Kraftstoffein spritzimpulsbreite tritt der an der linken Seite der Kurve gezeigte Nullbetriebsbereich tatsächlich niemals auf.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich auch durch den Ver gleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Verfahren zeigen, bei dem aktuelle von einem Fahrzeug gewonnene Daten verwendet werden. Tab. Fig. 5 enthält unter Benutzung des Ver fahrens entsprechend Gleichung (22) die von einem Fahrzeug gewonnenen aktuellen Korrekturwerte für verschiedene Motorla sten und Motordrehzahlen. Die Motorlast, die als Einlaßansaug rohr-/Abgasdruck gegeben ist, ist in Vertikalrichtung und die Motordrehzahl oder die als Drehzahl pro Minute gegebene Motor winkelgeschwindigkeit ist in Horizontalrichtung aufgetragen.

Um Korrekturwerte zu erhalten, die in einem Motorsteuersystem enthalten sind, das von der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Gebrauch macht, wurden Punkte gewählt, an denen die beiden Verfahren zu ähnlichen Ergebnissen führen, d. h. wo eine Interpolation nicht notwendig ist. An diesen Punkten wurde der Korrekturwert KAMREF_proposed aus dem in der abgeleiteten Tabelle enthaltenen aktuellen Korrekturwert KAMREF_present berechnet.

Um den Vergleich zwischen dem aktuellen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren zu vereinfachen, wird nur die Interpolation entlang der Last-Achse dargelegt. Darüber hinaus werden die folgenden Werte angenommen:
k_multiplier = 1
k_adder = 0
AFR = 1 und
LAMBSE = 1.

Aus der obigen Tabelle ergibt bei Wahl einer Motordrehzahl von 1500 U/Min aus der Tabelle, durch eine Interpolation in der Lastrichtung, z. B. 0,3, und durch Einsetzen in die obige Glei chung (21) folgendes:

woraus sich für die angenommenen Werte für k_multiplier, k_adder, AFR und LAMBSE ergibt:

PW_relative = AM.KAMREF (26).

Die angenommenen Werte für Motordrehzahl und Motorlast werden in Gleichung (20) eingesetzt, um KAMREF zu berechnen:

KAMREF|_{MAPOPE = 0,3, N = 1500} = 0,882 (27).

Wenn dann die Werte von KAMREF und AM in Gleichung (26) einge setzt werden, ergibt sich die folgende Kraftstoffeinspritzim pulsbreite:

PW_relative = 0,3.0,882 = 0,265 (28).

Um eine Kraftstoffeinspritzimpulsbreite für das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform zu ermitteln, werden dieselben Werte, wie sie bereits angegeben wurden, für k_multiplier, k_adder, AFR und LAMBSE angenommen. So reduziert sich die in Gleichung (23) ausgedrückte Beziehung wie folgt:

PW_relative = AM+AM_maximum (KAMREF-1) (29).

Wie bereits erwähnt wurde, muß ein Wert KAMREF_proposed aus dem Wert KAMREF, der in der in Fig. 5 gezeigten Tabelle enthalten ist, generiert werden, weil KAMREF nach dem Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform in einer unterschiedlichen Gleichungsstruktur benutzt wird. Dies kann durch die Gleichun gen (26) und (29) erfolgen:

AM.KAMREF_present = AM + AM_maximum (KAMREF_proposed-1) (30).

Nach KAMREF_proposed aufgelöst ergibt sich:

AM_maximum wird beliebig auf 0,97 gesetzt, was der höchsten in Fig. 5 gezeigten Last entspricht.

Wenn Gleichung (20) und die sich oben ergebenden Werte einge setzt werden, um einen Wert für KAMREF_proposed an einem Zwischen lastpunkt zu interpolieren, ergibt sich:

und schließlich:

PW_relative = 0,3 + 0,97 (0,966-1) = 0,267 (35).

Die obige Berechnung macht deutlich, daß das Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform sich für einen bestimmten Drehzahl/Last-Punkt, der gewählt wurde, von dem bekannten Verfahren um 0,75% (0,265/0,267) unterscheidet. Dieser Unter schied reicht aus, daß der HEGO-Sensor 30 gem. Fig. 1 schal tet, was zu einem fehlerhaften Katalysator- und Steuereinrich tungsbetrieb führt.

Fig. 2 zeigt den Fehler bezüglich der Kraftstoffdurchflußmenge für verschiedene Nennlasten eines bekannten Kraftstoffsteuer systems. Die horizontale Achse zeigt die Nennlast und die vertikale Achse zeigt die prozentuale Differenz bezüglich der Kraftstoffdurchflußmenge zwischen dem oben diskutierten be kannten Verfahren und der idealen Kraftstoffdurchflußmenge. Die Daten werden bei 688, 848, 1174, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000 und 5000 Motorumdrehungen pro Minute aufgenommen. Die Tabelle in Fig. 5 zeigt diese Daten. Es zeigt sich, daß die parabolische "Muschelform", die durch die Verwendung des bekannten Verfahrens verursacht wird, bei niedrigem Luftdurch laß größer ist, wobei der maximale relative Fehler 1,7% be trägt, was ausreichend ist, daß eine Kraftstoffmenge einge spritzt wird, die sich ausreichend unterscheidet, was zu einem unerwünschten Schalten in dem HEGO-Sensor 30 gem. Fig. 1 führt. Dies ist zu erwarten, da das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft bei niedrigem Luftdurchfluß dort am stärksten beein flußt wird, wo ein Ausgleichsfehler bezüglich der Kraftstoff bemessung oder der Luftmengenfüllungsschätzung auftritt.

Claims

1. Verfahren zum Steuern der dem Kraftstoffeinlaß eines Verbrennungsmotors zugeführten Kraftstoffmenge mit fol genden Verfahrensschritten:
Schätzen der Zylinderluftfüllung in den Motor aufgrund von Motorbetriebswerten, Ermitteln der Abgaszusammenset zung der von dem Motor ausgestoßenen Verbrennungsproduk te, Generieren eines Luft/Kraftstoff-Signals aus der er mittelten Abgaszusammensetzung, Vergleichen des Luft /Kraftstoff-Signals mit einem vorgegebenen Bereich und Verändern eines Korrekturterms entsprechend der ge schätzten Zylinderluftfüllung, wenn das Luft/Kraftstoff- Signal außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt und
Generieren eines Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennenn wertes in Abhängigkeit von dem Luft/Kraftstoff-Signal und der geschätzten Zylinderluftfüllung, Auffinden eines Korrekturterms entsprechend der geschätzten Zylinder luftfüllung,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Generieren des Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennennwer tes als lineare Funktion der geschätzten Zylinderluft füllung, Ermitteln des Korrekturtermes als zumindest ab schnittsweise lineare Funktion der der Schätzung der Zy linderluftfüllung zugrundeliegenden Motorbetriebswerte und
Addieren des Korrekturtermes zum Kraftstoffeinspritzim pulsbreitennennwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Schätzens der Zylinderluftfüllung in den Motor die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln der Luftdurchflußmenge in den Motor,
Ermitteln der Motorwinkelgeschwindigkeit und
Schätzen der Zylinderluftfüllung in Abhängigkeit von der ermittelten Luftdurchflußmenge und der Motorwinkelge schwindigkeit.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgefundene Korrekturterm durch Auffinden des Terms von einer Tabelle generiert wird, die in einem Speicher enthalten ist und eine Vielzahl von Korrekturtermen ent hält, wobei die Korrekturterme durch die Motorwinkelge schwindigkeit und die Luftdurchflußmenge in den Motor indiziert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgefundene Korrekturterm und der Kraftstoffein spritzimpulsbreitennennwert durch eine affine Funktion in Beziehung stehen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auffindens des Korrekturterms folgende zusätzliche Schritte umfaßt:
Normalisieren der ermittelten Luftdurchflußmenge, um ei nen Indexwert in der Tabelle zu bilden und
Auffinden eines entsprechenden Korrekturterms in Über einstimmung mit dem Indexwert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auffindens des entsprechenden Korrektur terms den zusätzlichen Schritt der linearen Interpola tion eines Korrekturterms aus in einer Tabelle gespei cherten Termen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den zu sätzlichen Schritt des Veränderns des Kraftstoffein spritzimpulsbreitenwerts durch einen Kraftstoffein spritzimpulsbreitenausgleichswert und des Einspritzens einer Kraftstoffmenge in den Motor entsprechend dem ver änderten Kraftstoffeinspritzimpulsbreitenwert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schritte des Generierens eines Kraftstoffeinspritzimpulsbreitennennwertes, des Auffin dens eines Korrekturterms und des Addierens des Korrek turterms zu der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite wenig stens während des Motorbetriebsverfahrens mit Rückkopp lung durchgeführt werden.