DE69219025T2 - Adaptives elektronisches System zur Kontrolle der Benzineinspritzung - Google Patents

Adaptives elektronisches System zur Kontrolle der Benzineinspritzung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein adaptives elektronisches Einspritz- und Kraftstoffversorgungssteuersystem.
  • Bekannte elektronische Einspritzsysteme enthalten ein elektronisches Steuersystem mit einer Verarbeitungseinheit, um Eingangssignale, die proportional zum Luftdruck und zur Lufttemperatur im Ansaugkrümmer und zur Drehzahl der Maschine sind, zu empfangen und zu verarbeiten und um einen Ausgangswert (Qb) zu liefern, der die Kraftstoffmenge angibt, die eingespritzt werden muß, um ein im wesentlichen korrektes stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen.
  • Der Ausgangswert (Qb)&sub1; der normalerweise auf der Basis von gespeicherten Tabellen bestimmt wird, wird modifiziert durch Überwachung der Zusammensetzung des Abgases mittels eines Sensors, der im Inneren des Abgaskrümmers angeordnet ist und ein Signal liefert, das in Abhängigkeit davon, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch mehr oder weniger Kraftstoff als beim notwendigen stöchiometrischen Verhältnis enthält, zwischen und 1 Volt beträgt.
  • Das Signal des Sensors wird integriert, um einen Korrekturfaktor (KO&sub2;) zu erhalten, der an den berechneten Wert (Qb) der Kraftstoffmenge angelegt wird, um zu der korrekten Kraftstoffmenge (Qbc) zu gelangen. Die Kraftstoffzufuhr wird somit nach Art einer geschlossenen Schleife durch Rückführen des von dem Sensor gelieferten Signals gesteuert. Beispielsweise beschreibt die US-A-4 817 573 ein Steuersystem, bei dem ein berechneter Wert der Kraftstoffmenge mittels eines rückgeführten Lambda-Steuerwerts korrigiert wird.
  • Die obige Art der Korrektür kann allerdings nicht an alle Betriebszustände der Maschine angepaßt werden. Insbesondere im Fall von Übergangs-Betriebszuständen (entsprechend beispielsweise einer abrupten Änderung des Zufuhrdrucks) ist der auf einen festen Wert gesetzte Korrekturfaktor (KO&sub2;) nicht in der Lage, eine adäquate Korrektur der von der Verarbeitungseinheit berechneten Kraftstoffmenge bereitzustellen, so daß sich das resultierende Luft/Kraftstoff-Gemisch erheblich vom notwendigen stöchiometrischen Verhältnis unterscheidet.
  • Da außerdem der Mittelwert von KO&sub2; sich von 0 unterscheidet, ist eine gewisse Zeitdauer erforderlich, um ihn auf den Mittelwert zurückzusetzen, wenn von einem Zustand mit geöffneter Schleife auf einen Zustand mit geschlossener Schleife umgeschaltet wird (beispielsweise nach einem Übergangszustand).
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen, das so ausgelegt ist, daß es die Nachteile der bekannten Einspritzsysteme überwindet, indem gewährleistet wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei allen Betriebszuständen innerhalb des stöchiometrischen Verhältnisses gehalten wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Verbrennungskraftmaschinen-Kraftstoffeinspritz system geschaffen, das die Merkmale enthält, die im Patentanspruch 1 angegeben sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
  • - Fig. 1 eine schematische Ansicht des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • - Figuren 2a und 2b Betriebs-Blockdiagramme des Systems von Fig. 1.
  • Mit dem Bezugszeichen 1 in Fig. 1 ist ein adaptives System zum Steuern der Kraftstoffzufuhr einer zentralen Einheit 4 eines Benzinmotors 6 bezeichnet.
  • Das System 1 enthält eine Verarbeitungseinheit 10, der drei Signale geliefert werden, die proportional zum Luftdruck (P) im Ansaugkrümmer, zur Lufttemperatur (T) im Ansaugkrümmer und zur Maschinendrehzahl (n) sind, und deren Ausgang mit einem ersten Eingang 12 einer Verarbeitungseinheit 14 verbunden ist, deren Ausgang 15 mit der zentralen Einheit 4 verbunden ist.
  • Auf der Basis des Luftdrucks (P) und der Temperatur (T) im Ansaugkrümmer berechnet die Verarbeitungseinheit 10 (mittels des idealen Gasgesetzes) die Luftzufuhr (Q) der Maschine 6, wobei dieser Wert nachfolgend zur Berechnung einer zu der Kraftstoffmenge proportionalen Menge (Qb) verwendet wird, die der Maschine 6 zugeführt werden muß, um ein korrektes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen.
  • Zu diesem Zweck bestimmt die Einheit 10 auf der Basis von gespeicherten Tabellen und auf bekannte Weise eine theoretische Kraftstoffmenge (Qb) in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge (Q) und der Maschinendrehzahl (n), wobei dieser Wert (Qb) nur eine grobe Schätzung des optimalen Wertes ist und später korrigiert wird, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Die Einheit 14 weist einen zweiten Eingang 16 auf, der mit einem Proportional-Integral-Stellglied 18 verbunden ist, an dessen Eingang 19 ein Signal (E) angelegt wird, das die Differenz zwischen einem Referenzsignal (Vst) und einem Signal (Vlambda) darstellt, das von einem Sensor 20 im Abgaskrümmer der Maschine 6 erzeugt wird.
  • Das Stellglied 18 berechnet eine Korrekturvariable KO&sub2; auf der Basis des Signals E am Eingang 19 und gemäß der Gleichung:
  • KO&sub2; = Ki* (E)dt + Kp
  • wobei Ki und Kp Konstanten sind, deren Werte an den Eingang 16 angelegt werden.
  • Auf der Basis der Signale an ihren Eingängen berechnet die Einheit 14 eine korrekte Kraftstoffmenge Qbc gemäß der Gleichung:
  • Qbc=Qb*(1+KO&sub2;+Kad)
  • wobei Qb die theoretische Kraftstoffmenge ist, die von der Einheit 10 berechnet ist, KO&sub2; die Korrekturvariable ist, die mittels des Blocks 18 berechnet ist, und Kad eine adaptive Variable ist, die später erläutert wird.
  • Das System 1 enthält auch eine Verarbeitungseinheit 26, deren Eingang mit zwei RAMs 28a und 28b verbunden ist, von denen das erste einen Eingang 30 aufweist, der mit dem Eingang 16 der Schaltung 14 über einen dazwischengeschalteten elektronischen Schalter 33 verbunden ist, und von denen das zweite einen Eingang 35 aufweist, an den über einen dazwischengeschalteten elektronischen Schalter 36 Signale angelegt werden, die vom Kehrwert (1/Q) der angesaugten Luftmenge der Maschine 6 abhängen. Die Speicher 28a und 28b enthalten somit die Werte der Korrekturvariablen KO&sub2; bzw. des Kehrwerts (1/Q) der angesaugten Luft, abgetastet von den Schaltern 33 und 36, wenn diese geschlossen sind.
  • Der Ausgang der Verarbeitungseinheit 26 ist über einen elektronischen Schalter 40 mit dem Eingang 44 eines EEPROM-Permanentspeichers 53 verbunden, dessen Ausgang mit der Verarbeitungseinheit 45 verbunden ist.
  • Der Ausgang 54 der Verarbeitungseinheit 45 ist mit dem Eingang 55 der Verarbeitungseinheit 14 verbunden.
  • Die Einheit 26 verarbeitet die Daten in den Speichern 28a und 28b unter Verwendung der rekursiven Methode der kleinsten Quadrate, um die Linie zu berechnen, welche die Quadrate der Abstände von den Sätzen von Punkten minimiert, wobei deren x-Achse und deren y-Achse den Werten von 1/Q bzw. dem Parameter KO&sub2; entspricht.
  • Diese Linie wird auf der Basis ihres bekannten Terms (adgain) und ihres Winkelkoeffizienten (adoff) bestimmt.
  • Die Schaltung 45 wirkt mit dem EEPROM 53 zusammen, dem am Eingang 44 Daten geliefert werden, die den Werten (adgain) und (adoff) entsprechen, und liefert der Schaltung 45 die gespeicherten Daten, um den Koeffizienten Kad in Abhängigkeit von den Werten (Q) gemäß der folgenden Gleichung zu berechnen:
  • Kad = (adoff) 1 (Q) + (adgain)
  • wobei (adoff) und (adgain) die im EEPROM 53 gespeicherten Werte sind.
  • Das System 1 enthält auch eine Synchronisierungsschaltung 60, deren Eingang mit dem Sensor 20 verbunden ist und die gewährleistet, daß die elektronischen Schalter 33 und 36, die mit der Schaltung 60 über eine gemeinsame Steuerleitung 62 verbunden sind, gleichzeitig geschaltet werden, wobei die Schalter immer dann geschlossen sind, wenn das vorn Sensor 20 erzeugte Signal sich von etwa 0 Volt auf 1 Volt ändert, und umgekehrt.
  • Die Schaltung 60 ist über eine dazwischengeschaltete Schaltung 65, die durch N dividiert, mit einem elektronischen Schalter 40 verbunden, so daß nach jeder Zahl (N) von Abtastvorgängen des Sensors 20 der Schalter 40 geschlossen ist und Daten von der Einheit 26 zur Schaltung 53 übertragen werden.
  • Der Betrieb des Systems von Fig. 1 wird nun unter Bezugnahme auf die Betriebs-Blockdiagramme der Figuren 2a und 2b erläutert.
  • Beginnend in Fig. 2a wird im Block 100 der Luftdruck (P) im Ansaugkrümmer, die Lufttemperatur (T) im Ansaugkrümmer und die Maschinendrehzahl (n) bestimmt.
  • Im Block 110 wird dann die angesaugte Luftmenge (Q) der Maschine 6 auf der Basis des Luftdrucks (P) und der Temperatur (T), die im Block 100 bestimmt wurden, berechnet, und es folgt Block 120.
  • Im Block 120 wird die theoretische Kraftstoffmenge Qb auf der Basis der angesaugten Luftmenge (Q) und der Maschinendrehzahl (n) berechnet, wobei die Berechnung in bekannter Weise unter Verwendung von gespeicherten Tabellen ausgeführt wird, in denen jedes Paar von Werten der angesaugten Luft (Q) und der Drehzahl (n) einem gegebenen theoretischen Wert (Qb) der Kraftstoffmenge entspricht.
  • Auf Block 120 folgt dann Block 130, der nach Art einer geschlossenen Schleife die Korrekturvariable K02 auf der Basis des Signals E am Eingang 19 des Stellgliedes 18 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
  • KO&sub2; = Ki * (E)dt + Kp
  • wobei Ki und Kp Konstanten sind.
  • Auf den Block 130 folgt Block 140, in welchem die Werte (adoff) und (adgain) im EEPROM 53 gelesen werden, woraufhin im Block 150 der adaptive Koeffizient Kad in Abhängigkeit von (Q) gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:
  • Kad=(adoff) 1 (Q) + (adgain)
  • Auf Block 150 folgt Block 160, in welchem bestimmt wird, ob das System 1 nach Art einer geschlossenen Schleife betrieben wird. Wenn dies der Fall ist, folgt Block 170 auf Block 160 (Fig. 2b). Wenn dies nicht der Fall ist, folgt Block 180 auf Block 160, wobei in Block 180 die korrekte Kraftstoffmenge (Qbc) gemäß der Gleichung
  • Qbc=(Qb)*(1+Kad),
  • bestimmt wird, worauf Block 100 folgt.
  • In Block 170 (Fig. 2b) wird die korrekte Kraftstoffmenge (Qbc) gemäß der Gleichung
  • Qbc=(Qb) * (1+Kad+KO&sub2;)
  • berechnet, woraufhin Block 190 folgt, in welchem in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) der Maschine 6 eine Verzweigung erfolgt. Genauer gesagt, wenn die Maschinendrehzahl (n) unterhalb eines ersten Grenzwertes (n1) liegt, folgt Block 200a auf Block 190; wenn (n) zwischen dem ersten Grenzwert (n1) und einem zweiten Grenzwert (n2) liegt, folgt Block 200b auf Block 190; wenn (n) größer als der zweite Grenzwert (n2) ist, folgt Block 200c auf Block 190.
  • Da die Blöcke 200a, 200b und 200c und die entsprechenden nachfolgenden Blöcke die gleichen Funktionen ausführen, werden für alle drei die gleichen Bezugszeichen, gefolgt von den Buchstaben a, b und c, verwendet, und die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf die Blöcke (a).
  • In Block 200a werden in den RAMs 28a und 28b die Werte von KO&sub2; und (1/Q)) bei jedem Abtastvorgang des Sensor 20 gespeichert.
  • Auf Block 200a folgt Block 210a, in welchem die in den Speichern 28a und 28b enthaltenen Daten unter Verwendung des rekursiven Verfahrens der kleinsten Quadrate verarbeitet werden, um die Linie zu berechnen, welche die Quadrate der Abstände von einem Satz von Punkten minimiert, wobei deren x-Achse und y-Achse den Werten (1/Q) bzw. KO&sub2; entspricht.
  • Diese Linie wird auf der Basis ihrer bekannten Terme (adgain) und ihres Winkelkoeffizienten (adoff) bestimmt.
  • Auf den Block 210a folgt 220a, in welchem bestimmt wird, ob der Inhalt (K) eines Zählers einen maximalen Grenzwert (N) erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, folgt auf Block 220a Block 230a. Wenn dies nicht der Fall ist, folgt auf Block 220a Block 300 (Fig. 2a), in welchem der Inhalt des Zählers um eine Einheit erhöht wird (logische Operation K=K+1), und auf den Block 100 folgt.
  • In Block 230a werden die Werte (adgain) und (adoff) im Permanentspeicher 53 gespeichert, und auf ihn folgt Block 240a, in welchem der Inhalt des Zählers zurückgesetzt wird (logischer Schritt K=0), woraufhin Block 100 folgt.
  • Das System gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet somit die Nachteile, die üblicherweise bei bekannten Systemen auftreten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nämlich die theoretische Kraftstoffrnenge (Qb) bei allen Betriebszuständen zufriedenstellend korrigiert (selbst wenn dies mittels des Parameters KO&sub2; ausgeführt inadäquat ist, beispielsweise im Modus mit geöffneter Schleife), und die berechnete korrekte Kraftstoffrnenge (Qbc) gewährleistet, daß ein Luft/Kraftstof f-Verhältnis erzielt wird, das dem stöchiometrischen Verhältnis im wesentlichen entspricht. Dies liegt daran, daß, wie Experimente gezeigt haben, über einen begrenzten Bereich der Drehzahl (n) und bei korrekten Betriebszuständen der den Sensor 20 enthaltenden Schleife der Parameter KO&sub2; im wesentlichen linear vom Kehrwert 1/(Q) der angesaugten Luft abhängt.
  • Durch Speichern der Werte von KO&sub2; und 1/(Q) zu unterschiedlichen Zeiten und innerhalb von vorbestimmten Bereichen der Drehzahl (n) ist es folglich möglich, die fraglichen Linien durch Interpolation zu bestimmen und somit die resultierenden Daten zu verwenden, wenn die Betriebszustände der Maschine solche sind, daß die Korrektur von Qb nur auf der Basis von KO&sub2; beeinträchtigt ist. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere während Übergangszuständen wirksam, in denen die Steuerung durch geschlossene Schleife mittels KO&sub2; unterbrochen ist und KO&sub2; auf einen festen Wert gesetzt ist.
  • Da die obige "Lern"-Prozedur kontinuierlich durchgeführt wird, gewährleistet die vorliegende Erfindung, daß jeder Änderung im Betrieb der Maschine (beispielsweise aufgrund von Alterung oder Verschleiß) gefolgt wird, so daß jederzeit eine adäquate Korrektur der berechneten Kraftstoffmenge (Qbc) und somit die optimale Leistung der Maschine gewährleistet ist.
  • Der Verarbeitungseinheit 10 kann auch ein Eingangssignal geliefert werden, das proportional zur angesaugten Luftmenge (Q) ist, die von einem Durchflußmesser im Ansaugkrümmer gemessen wird, so daß die angesaugte Luftmenge (Q) direkt bestimmt werden kann, ohne daß die zum Luftansaugdruck (P) und zur Temperatur (T) im Ansaugkrümmer proportionalen Signale gemessen werden müssen.

Claims (14)

1. Elektronisches Verbrennungskraftrnaschinen-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Verarbeitungseinheit (10), die Informationssignale empfängt, welche die Drehzahl (n) der Maschine sowie die Luftzufuhr (Q) zum Ansaugverteiler der Maschine darstellen, und ihrerseits ein erstes Schleifen- Verarbeitungsrnittel zum Berechnen einer theoretischen Kraftstoffmenge (Qb) in Abhängigkeit von den Informationssignalen enthält, sowie ein zweites Verarbeitungsrnittel (18) zum Berechnen eines ersten Parameters (KO&sub2;) zum Korrigieren der Kraftstoffmenge (Qb) in Abhängigkeit von einem Signal, das von einem Abgassensor erzeugt wird, ein drittes Verarbeitungsmittel (26, 28a, 28b, 45) zum Berechnen eines zweiten Parameters (Kad) zum Korrigieren der theoretischen Kraftstoffmenge (Qb), und ein viertes Verarbeitungsmittel (14) zum Berechnen einer korrekten Kraftstoffmenge (Qbc), dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Verarbeitungsmittel (26, 28a, 28b, 45) ein Mittel (28a, 28b) zum Speichern von Datensätzen enthält, welche die Werte des ersten Parameters (KO&sub2;) und der Luftzufuhr enthalten, wobei die Sätze zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gemessen werden, sowie eine Einheit (26) zum Interpolieren der Datensätze, um eine Interpolationsfunktion zu berechnen, wobei diese Funktion einen Satz von Punkten interpoliert, der die genannten Datensätze als Koordinaten hat, und außerdem ein Verarbeitungsmittel (45), um aus der genannten Funktion den Wert des zweiten Parameters (Kad) als eine Funktion der Luftzufuhr (Q) zu berechnen, wobei die Sätze der gespeicherten Daten den ersten Parameter (KO&sub2;) und den Kehrwert (1/Q) der Luftzufuhr zu der Maschine enthalten, wobei die Interpolation alle gespeicherten Sätze in einem Maschinendrehzahlbereich verwendet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsfunktion eine Reihe ist, welche die Summe der Quadrate der Abstände von den Sätzen von Punkten minimiert.
3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Verarbeitungsmittel (14) die korrekte Kraftstoffrnenge (Qbc) in Abhängigkeit von der theoretischen Kraftstoffmenge (Qb) und des ersten Parameters (KO&sub2;) und des zweiten Parameters (Kad) berechnet.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsrnittel (14) den korrekten Wert der Kraftstoffmenge (Qbc) durch Multiplizieren des theoretischen Wertes der Kraftstoffmenge (Qb) mit einem Term berechnen, der gleich der um eine Einheit erhöhten Summe des ersten Parameters (KO&sub2;) und des zweiten Parameters (Kad) ist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr entsprechend dem idealen Gasgesetz auf der Basis von Signalen berechnet ist, die proportional zu dem Druck (P) und der Temperatur (T) der dem Ansaugkrümmer der Maschine zugeführten Luft ist.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Bestimmen der Luftzufuhr (Q) einen Durchflußsensor im Ansaugkrümmer enthält.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verarbeitungsmittel (10) die theoretische Kraftstoffmenge (Qb) auf der Basis von gespeicherten Tabellen berechnet.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel (28a, 28b) wenigstens einen RAM enthält.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verarbeitungsmittel ein Mittel zum Berechnen des ersten Korrekturparameters (KO&sub2;) durch Integrieren des Signais enthält, das von dem Sensor (20) erzeugt wird.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des ersten Parameters (KO&sub2;) und die genannte Menge bei jedem Abtastvorgang des Sensors (20) gespeichert werden.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Entscheidungsfindungsmittel (190) zur Auswahl unter einer Anzahl von Mitteln (210a, 210b, 210c) zum Interpolieren der Datensätze enthält, wobei das Entscheidungsfindungsrnittel (190) zum Berechnen einer entsprechenden Interpolationsfunktion eines der Interpolationsmittel (210a, 210b, 210c) auswählt.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Entscheidungsfindungsmittel (190) das Interpolationsmittel (210a, 210b, 210c) auf der Basis der Drehzahl (n) der Maschine (6) auswählt.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Interpolationsrnittel (210a, 210b, 210c) Unterdatensätze der Datensätze verwendet, wobei jeder Unterdatensatz Daten enthält, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Drehzahl (n) erfaßt wurden.
14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mittel (40, 65) zum übertragen von Parametern ((adgain), (adoff)) der Interpolationsfunktion zu einem weiteren Speichermittel (53) nach einer gegebenen Anzahl (N) von Abtastvorgängen des Sensors (20) enthält.
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