EP0157004A2 - Lambda-controlled mixture-measuring system for an internal-combustion engine - Google Patents

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EP0157004A2
EP0157004A2 EP84116240A EP84116240A EP0157004A2 EP 0157004 A2 EP0157004 A2 EP 0157004A2 EP 84116240 A EP84116240 A EP 84116240A EP 84116240 A EP84116240 A EP 84116240A EP 0157004 A2 EP0157004 A2 EP 0157004A2
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EP
European Patent Office
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control
combustion engine
internal combustion
metering system
mixture
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EP84116240A
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EP0157004A3 (en
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Albrecht Dipl.-Ing. Clement
Dieter Dipl.-Ing. Mayer
Ernest Dipl.-Ing. Wild
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0157004A3 publication Critical patent/EP0157004A3/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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    • F02D41/1474—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method by detecting the commutation time of the sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
    • F02D41/1483—Proportional component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Definitions

  • the invention relates to a mixture metering system for an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • a mixture metering system is known for example from DE-OS 31 24 676 or the corresponding US patent application US-SN 386 376.
  • the mixture composition is precontrolled as a function of various operating parameters of the internal combustion engine, a superimposed lambda control having a corrective effect on these precontrol values.
  • the lambda control occurs Continuous vibration on whose Frequency is given by the distance dead time and its amplitude by the control parameters.
  • the general rule is that with increasing value of the control amplitude a faster correction of disturbances is guaranteed.
  • the internal combustion engine runs unevenly, which is due to the change in torque caused by the control.
  • undesirable exhaust gas peaks can occur, in particular during dynamic transition situations when the internal combustion engine is operating, due to excessive control vibrations.
  • the mixture metering system according to the invention for an internal combustion engine with the features of the main claim allows a considerably reduced application effort, since the system automatically adapts to Exem Plar scatter from engine to engine, from lambda probe to lambda probe and adapts to long-term changes of engine and probe. Furthermore, the mixture metering system according to the invention finds an optimal compromise between the running behavior of the internal combustion engine and the exhaust gas emission.
  • control oscillation has equal amplitude values of the P and I components in the steady state. This ensures that the control frequency of the lambda control assumes an optimal value.
  • This asymmetrical control oscillation for generating a lambda shift is necessary because, due to the almost binary signal of the lambda probe, the shift cannot be set via other lambda setpoints.
  • the value of the lambda shift is dependent on the amplitude of the control oscillation, so that this disturbing dependency does not have an effect on an oscillation amplitude regulated to constant values.
  • Figure 1 shows a basic Illustration of an electronically controlled mixture metering system for an internal combustion engine
  • Figure 2 shows a rough overview of a lambda control with a microcomputer
  • Figure 3a to c the output signals of a lambda controller according to the prior art
  • Figure 4 as a block diagram of a controller for the mixture metering system according to the invention
  • Figure 5 shows the output signals of the controller of FIG. 4.
  • 10 denotes a timing element which receives input signals from a load sensor 11 and from a speed sensor 12 and outputs pilot values of duration t for the injection pulses on the output side.
  • a correction stage 13 in which the pilot control values are influenced as a function of, for example, the internal combustion engine temperature or acceleration processes and in particular as a function of a lambda control.
  • the corrected pulses denoted by t i are finally fed to at least one injection valve 14 in the area of the intake manifold (not shown) of the internal combustion engine.
  • An exhaust gas probe denoted by 15 emits its output signal to a controller 16, preferably having a PI behavior.
  • a lambda correction signal F is formed, which is fed to the correction stage 13 as an input signal.
  • This basic arrangement shown in FIG. 1 is already known as such and is essentially intended to explain the actual invention.
  • 20 denotes an arithmetic logic unit which is coupled via a data, control and address bus 21 to a memory 22 and to an input / output unit 23.
  • this block 23 is supplied with various input variables I k and additionally outputs various output variables O k , for example an injection duration.
  • I k input variables
  • O k output variables
  • the diagrams in FIG. 3 serve to explain the functioning of mixture metering systems in accordance with the prior art.
  • the lambda is applied Correction signal F r , which influences the pilot control values for the injection quantity, as a function of the time t, represented in arbitrary units.
  • the signal form consists of an I component and a P component.
  • the present signal form results of the correction factor F as follows: If the output quantity of the oxygen probe jumps from rich to lean or lean to rich, a P component in each case becomes effective at the output of the controller 16.
  • the integral behavior of the controller takes effect during the time that the probe signal remains in one of the two output states. The time period in which an integral behavior of the controller is effective depends on the dead time behavior of the controlled system, which is essentially due to the gas throughput times through the internal combustion engine.
  • the mean value of the correction factor F fluctuates by r values Fr> 1, which suggests that the pilot control value corresponds to an insufficient fuel quantity. It can also be seen from this example that an incorrect setting of the pilot control values does not lead to an increase in the control oscillation of the controller in the steady state.
  • the amplitude components of the control oscillation of the correction factor F which can be attributed to the P or I component, always take on the same values with a suitable choice and constant dead time in the steady state, whereby an optimal control frequency is achieved.
  • the flue gas fluctuations that occur should be taken into account, although here the buffer effect of a downstream catalytic converter largely averages out these fluctuations.
  • the upper limit for the amplitude of the control vibration is therefore determined either by the driving behavior or an upper threshold value for the exhaust gas emission.
  • the dimensioning of this value of the amplitude of the control oscillation is a mere routine work and presents no problems for him.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the regulator of the mixture metering system according to the invention.
  • the output signals of the exhaust gas probe 15 reach a comparison device 41, in which they are compared with a predetermined target value 42.
  • the result of this comparison operation serves as an input variable of the controller 16, the output signals F of which serve to correct, for example, the injection duration.
  • the controller 16 consists of a P-channel 43 and an I-channel 44 connected in parallel with it, which is preceded by a correction stage 45.
  • the output signals of the exhaust gas probe 15 are also fed to two monoflop stages 46 and 47, which actuate two switches 48 and 49 on the output side.
  • the monoflop stage 46 is sensitive to the positive edges and the monoflop stage 47 to the negative edges of the output signal of the exhaust gas probe 15.
  • the output signal F of the controller 16 is in each case at the input of two Sample and hold units 50 and 51 placed.
  • the output signals of these sample and hold units 50 and 51, together with the signals of the P-channel 43 of the controller 16, reach a comparison stage 52.
  • the quotient is formed from the output signal of the comparison stage 52 and a predetermined target value 54.
  • This quotient is compared in a comparison stage 55 with a target value 56 and this result is fed to a multiplier stage 57 in addition to other variables.
  • the output variable of the multiplication stage 57 reaches a counter 59 via a converter 60 and a switch 58.
  • the counting direction of the counter 59 depends on the respective position of the switch 58, this switch 58 each time the output variable of the exhaust gas probe 15 changes with an edge is operated.
  • the counter reading of the counter 59 influences the correction stage 45 and the multiplier stage 57.
  • the multiplier stage 57 can be supplied with a further variable G f . In many applications, it proves to be useful to apply the correction stage 45 with signals from a load detection stage 61, to which the corresponding machine parameters such as Q L , ⁇ , n or p are supplied.
  • the arrangement works as follows: by means of the sample and hold amplifiers 50, 51, the amplitudes of the control oscillation are stored at the switching points of the output variable of the exhaust gas probe 15. These values are formed in the comparison stage 52, so that the amplitude of the control oscillation is available at the output. In order to determine the amplitude of the integral part alone, the P component of the control oscillation is additionally subtracted in the comparison stage 52. It can differ in different ways Cases prove to be favorable to set the percentage of deduced P. to be purely arithmetically zero, since this may reduce the computational effort.
  • a pre-control of the I component of the control oscillation depending on the load of the internal combustion engine can be carried out via a load detection stage 61, to which machine parameters such as the speed n, the throttle valve position ⁇ or the air flow rate Q are supplied.
  • a load detection stage 61 to which machine parameters such as the speed n, the throttle valve position ⁇ or the air flow rate Q are supplied.
  • the P component can assume asymmetrical values, ie the P value in the lean-rich jump can differ from that in the rich-lean jump in the output signal of the exhaust gas probe.
  • the slope of the I component for a new cycle can be determined from the slope of the I component of a previous cycle be calculated. With the relationship the relationship results for the change in the integrator slope ⁇ S
  • 5 shows the output signal F r of a controller in the mixture metering system of an internal combustion engine as a function of time.
  • F r the output signal of a controller in the mixture metering system of an internal combustion engine as a function of time.
  • time t A there is a sudden change in the pilot control value and the dead time of the control loop (combination of the effects of FIGS. 3a and 3b).
  • the system according to the invention achieves an adjustment of the integrator slope after approximately three oscillation cycles in such a way that the target amplitude of the control oscillation is reached.
  • the maximum control frequency can be achieved with this system according to the invention, since the amplitudes of the P and I components of the control oscillation are adjusted to values of equal size by adapting, in particular, the integrator slope, and thus the controller always works optimally. Variations in specimens from one engine to another or one exhaust gas probe to another and long-term changes in the engine and exhaust gas probe are no longer of disadvantageous importance due to the adapting slope of the integrator.

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Abstract

The invention is directed to a mixture metering arrangement for an internal combustion engine and includes an exhaust-gas sensor which is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine. The exhaust-gas sensor indicates the air ratio lambda and preferably has a two-level characteristic. The sensor output signals are acted upon by a follow-on controller which is preferably a PI-controller. The controller output quantity acts upon the mixture composition in a corrective fashion. In this arrangement, the control oscillation of the controller output quantity is adjusted to a predetermined amplitude by means of a superposed control. In particular, the integral component of the control oscillation is influenced in a manner causing it to have the same amplitude as the proportional component while in the steady operating condition. Thus, it is possible to maintain the maximum control frequency in any operating range of the internal combustion engine so that the controller always operates at its optimum. In addition, the effects of deviations occurring from one engine to another or from one exhaust-gas sensor to another as well as of long-term variations are suppressed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Gemischzumeßsystem ist beispielsweise aus der DE-OS 31 24 676 bzw. der entsprechenden US-Patentanmeldung US-SN 386 376 bekannt. Dort wird die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgesteuert, wobei eine überlagerte Lambda-Regelung auf diese Vorsteuerwerte korrigierend einwirkt. Da die Brennkraftmaschine als Regelstrecke ein Totzeitverhalten, das hauptsächlich durch die Gaslaufzeit durch die Brennkraftmaschine und durch die Ansprechzeit der Lambda-Sonde bedingt ist, aufzeigt, und das Ausgangssignal der Lambda-Sonde insbesondere ein nahezu binäres Signal aufweist, tritt bei der Lambda-Regelung eine Dauerschwingung auf, deren Frequenz durch die Streckentotzeit und deren Amplitude durch die Regelparameter gegeben ist. Dabei gilt ganz allgemein, daß mit wachsendem Wert der Regelamplitude ein schnelleres Ausregeln von Störungen gewährleistet ist. Allerdings tritt mit zunehmender Regelamplitude eine Laufunruhe der Brennkraftmaschine auf, die ihre Ursache in der durch die Regelung verursachte Momentänderung hat. Desweiteren können insbesondere während dynamischer Übergangssituationen beim Betrieb der Brennkraftmaschine durch zu große Regelschwingungen unerwünschte Abgasspitzen auftreten. Dies ist dadurch bedingt, daß dann die Lambda-Regelung kurzzeitig an ihren Anschlag laufen kann. In der zum Stand der Technik genannten Schrift wird nun vorgeschlagen, die Steigung des I-Anteils der Regelschwingung des P-I-Reglers während stationärer oder quasistationärer Betriebszustände der Brennkraftmasehine in aufeinanderfolgenden Korrekturzyklen bis auf einen Minimalwert zu verringern. Tritt ein stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf, so wird die Steigung des I-Anteils auf einen vorgegebenen Maximalwert zurückgesetzt. Es handelt sich hierbei um eine reine Steuerung der Integratorsteigung, mit der nicht alle über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine auftretenden lang- bzw. kurzfristigen Drifterscheinungen kompensiert werden können. Außerdem ist diese gesteuerte Anpassung der Integratorsteigung nur während stationärer Betriebszustände wirksam.The invention relates to a mixture metering system for an internal combustion engine according to the preamble of the main claim. Such a mixture metering system is known for example from DE-OS 31 24 676 or the corresponding US patent application US-SN 386 376. There, the mixture composition is precontrolled as a function of various operating parameters of the internal combustion engine, a superimposed lambda control having a corrective effect on these precontrol values. Since the internal combustion engine as a controlled system exhibits a dead time behavior, which is mainly due to the gas runtime through the internal combustion engine and the response time of the lambda probe, and the output signal of the lambda probe in particular has an almost binary signal, the lambda control occurs Continuous vibration on whose Frequency is given by the distance dead time and its amplitude by the control parameters. The general rule is that with increasing value of the control amplitude a faster correction of disturbances is guaranteed. However, with increasing control amplitude, the internal combustion engine runs unevenly, which is due to the change in torque caused by the control. Furthermore, undesirable exhaust gas peaks can occur, in particular during dynamic transition situations when the internal combustion engine is operating, due to excessive control vibrations. This is due to the fact that the lambda control can then run briefly against its stop. In the document cited in the prior art, it is now proposed to reduce the slope of the I component of the control oscillation of the PI controller during stationary or quasi-stationary operating states of the internal combustion engine to a minimum value in successive correction cycles. If a stationary operating state of the internal combustion engine occurs, the slope of the I component is reset to a predetermined maximum value. This is a pure control of the integrator slope, with which not all long and short-term drift phenomena occurring over the life of the internal combustion engine can be compensated. In addition, this controlled adjustment of the integrator slope is only effective during stationary operating states.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erlaubt demgegenüber einen erheblich verringerten Applikationsaufwand, da das System sich automatisch an Exemplarstreuungen von Motor zu Motor, von Lambda-Sonde zu Lambda-Sonde und an Langzeitveränderungen von Motor und Sonde anpaßt. Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Gemischzumeßsystem ein optimaler Kompromiß zwischen dem Laufverhalten der Brennkraftmaschine und der Abgasemission gefunden.The mixture metering system according to the invention for an internal combustion engine with the features of the main claim, in contrast, allows a considerably reduced application effort, since the system automatically adapts to Exem Plar scatter from engine to engine, from lambda probe to lambda probe and adapts to long-term changes of engine and probe. Furthermore, the mixture metering system according to the invention finds an optimal compromise between the running behavior of the internal combustion engine and the exhaust gas emission.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die Regelschwingung im eingeschwungenen Zustand gleich große Amplitudenwerte des P- und I-Anteils aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Regelfrequenz der Lambda-Regelung einen optimalen Wert annimmt.Furthermore, it proves to be advantageous that the control oscillation has equal amplitude values of the P and I components in the steady state. This ensures that the control frequency of the lambda control assumes an optimal value.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich für den Fall, daß der Mittelwert der Regelschwingung durch asymmetrische P- oder I-Anteile bewußt verschoben werden soll. Diese asymetrische Regelschwingung zur Erzeugung einer Lambda-Verschiebung ist notwendig, weil wegen des nahezu binären Signals der Lambda-Sonde die Verschiebung nicht über andere Lambda-Sollwerte eingestellt werden kann. Der Wert der Lambda-Verschiebung ist jedoch von der Amplitude der Regelschwingung abhängig, so daß diese störende Abhängigkeit für eine auf konstante Werte geregelte Schwingungsamplitude nicht zur Auswirkung kommt.A further advantage arises in the event that the mean value of the control oscillation is to be deliberately shifted by asymmetrical P or I components. This asymmetrical control oscillation for generating a lambda shift is necessary because, due to the almost binary signal of the lambda probe, the shift cannot be set via other lambda setpoints. However, the value of the lambda shift is dependent on the amplitude of the control oscillation, so that this disturbing dependency does not have an effect on an oscillation amplitude regulated to constant values.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles.Further advantages of the invention result in connection with the subclaims from the following description of the exemplary embodiment.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine prinzipielle Darstellung eines elektronisch gesteuerten Gemischzumeßsystems für eine Brennkraftmaschine, Figur 2 eine grobe Übersicht einer Lambda-Regelung mit einem Mikrocomputer, Figur 3a bis c die Ausgangssignale eines Lambda-Reglers nach dem Stand der Technik, Figur 4 als Blockschaltbild einen Regler für das erfindungsgemäße Gemischzumeßsystem sowie Figur 5 die Ausgangssignale des Reglers der Figur 4.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figure 1 shows a basic Illustration of an electronically controlled mixture metering system for an internal combustion engine, Figure 2 shows a rough overview of a lambda control with a microcomputer, Figure 3a to c, the output signals of a lambda controller according to the prior art, Figure 4 as a block diagram of a controller for the mixture metering system according to the invention and Figure 5 shows the output signals of the controller of FIG. 4.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die folgenden Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Kraftstoffeinspritzanlage beschrieben. Die Lambda-Regelung als solche ist jedoch unabhängig von der Art der Gemischzumessung, so daß die Erfindung beispielsweise auch in Verbindung mit Vergaseranlagen einsetzbar ist.The following exemplary embodiments are described in connection with a fuel injection system. However, the lambda control as such is independent of the type of mixture metering, so that the invention can also be used in connection with carburetor systems, for example.

In Figur 1 ist mit 10 ein Zeitglied bezeichnet, das Eingangssignale von einem Lastsensor 11 und von einem Drehzahlsensor 12 erhält und ausgangsseitig Vorsteuerwerte der Dauer t für die Einspritzimpulse abgibt. Es folgt eine Korrekturstufe 13, in der die Vorsteuerwerte abhängig von beispielsweise der Brennkraftmaschinentemperatur oder von Beschleunigungsvorgängen und insbesondere in Abhängigkeit von einer Lambda-Regelung beeinflußt werden. Die mit ti bezeichneten korrigierten Impulse werden schließlich wenigstens einem Einspritzventil 14 im Bereich des nicht näher dargestellten Saugrohrs der Brennkraftmaschine zugeführt. Eine mit 15 bezeichnete Abgassonde gibt ihr Ausgangssignal an einen, vorzugsweise P-I-Verhalten aufweisenden Regler 16 ab. Dabei wird in diesem, auch in Abhängigkeit von weiteren über einen Steuereingang 17 zugeführten Brennkraftmaschinen-Kenngrößen ein Lambda-Korrektursignal F gebildet, das als Eingangssignal der Korrekturstufe 13 zugeführt wird. Diese in Figur 1 dargestellte Prinzipanordnung ist als solche schon bekannt und soll im wesentlichen zur Erläuterung der eigentlichen Erfindung dienen.In FIG. 1, 10 denotes a timing element which receives input signals from a load sensor 11 and from a speed sensor 12 and outputs pilot values of duration t for the injection pulses on the output side. This is followed by a correction stage 13, in which the pilot control values are influenced as a function of, for example, the internal combustion engine temperature or acceleration processes and in particular as a function of a lambda control. The corrected pulses denoted by t i are finally fed to at least one injection valve 14 in the area of the intake manifold (not shown) of the internal combustion engine. An exhaust gas probe denoted by 15 emits its output signal to a controller 16, preferably having a PI behavior. It is in this, also depending on other internal combustion engine supplied via a control input 17 machine parameters, a lambda correction signal F is formed, which is fed to the correction stage 13 as an input signal. This basic arrangement shown in FIG. 1 is already known as such and is essentially intended to explain the actual invention.

Infolge der wachsenden Anforderungen an Gemischzumeßsysteme für Brennkraftmaschinen wird heute überwiegend zu rechnergesteuerten Lösungen übergegangen, so daß auch über derartige Ausführungsformen anhand von Figur 2 mit den wesentlichsten Komponenten eine grobe Übersicht gegeben werden soll. Mit 20 ist ein Rechenwerk bezeichnet, das über einen Daten-, Steuer- und Adressbus 21 mit einem Speicher 22 sowie mit einer Ein-Ausgabe-Einheit 23 gekoppelt ist. Diesem Block 23 werden neben einem Signal der Abgassonde 15 verschiedene Eingangsgrößen Ik zugeführt und zusätzlich gibt dieser verschiedene Ausgangsgrößen Ok ab, so z.B. eine Einspritzzeitdauer. Die Funktionsweise dieser Anordnung gemäß Figur 2 hängt entscheidend von der Rechnerprogrammierung ab. Die Programmierung an sich bietet heutzutage für den Fachmann auf dem Gebiet elektronischer Steuer- und Regelsysteme für Brennkraftmaschinen keinerlei Probleme, so daß die Erfindung im weiteren nicht in Form eines Programmes sondern anhand von an sich üblichen Blockschaltbildern veranschaulicht werden soll. Ob die spätere Ausführungsform nun hardwaremäßig oder mittels entsprechender Programmierung eines /uC realisiert wird, spielt für die Grundidee der Erfindung keine Rolle.As a result of the growing demands on mixture metering systems for internal combustion engines, computer-controlled solutions are predominantly used today, so that a rough overview will also be given of such embodiments with reference to FIG. 2 with the most important components. 20 denotes an arithmetic logic unit which is coupled via a data, control and address bus 21 to a memory 22 and to an input / output unit 23. In addition to a signal from the exhaust gas probe 15, this block 23 is supplied with various input variables I k and additionally outputs various output variables O k , for example an injection duration. The functioning of this arrangement according to FIG. 2 depends crucially on the computer programming. Nowadays, the programming itself does not pose any problems for the person skilled in the field of electronic control systems for internal combustion engines, so that the invention is not to be illustrated in the following in the form of a program but on the basis of block diagrams which are conventional per se. It does not matter for the basic idea of the invention whether the later embodiment is implemented in hardware or by means of appropriate programming of a / uC.

Die Diagramme der Figur 3 dienen zur Erläuterung der Funktionsweise von Gemischzumeßsystemen entsprechend dem Stand der Technik. Aufgetragen ist das Lambda-Korrektursignal Fr, das die Vorsteuerwerte für die Einspritzmenge beeinflußt, in Abhängigkeit von der Zeit t, dargestellt in willkürlichen Einheiten. Die Signalform setzt sich im vorliegenden Spezialfall aus einem I-Anteil sowie einem P-Anteil zusammen. Da die Ausgangsgröße der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten insbesondere als Sauerstoffsonde ausgebildete Abgassonde im wesentlichen nur zwei Werte annimmt, nämlich einen hohen Ausgangspegel für ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch und einen niedrigen Ausgangspegel für ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, ergibt sich die vorliegende Signalform des Korrekturfaktors F wie folgt: Bei einem Sprung der Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde von fett auf mager bzw. mager auf fett, wird jeweils ein P-Anteil am Ausgang des Reglers 16 wirksam. Während der Zeitdauer des Verweilens des Sondensignals in einem der beiden Ausgangszustände wird das integrale Verhalten des Reglers wirksam. Die Zeitdauer, in der ein Integralverhalten des Reglers wirksam ist, hängt vom Totzeitverhalten der Regelstrecke ab, das im wesentlichen auf die Gasdurchlaufzeiten durch die Brennkraftmaschine zurückzuführen ist. Es entsteht daher die in den Figuren 3a bis 3c dargestellten Dauerschwingungen. Aus Figur 3a ist zu ersehen, daß für Zeiten t < ta der Mittelwert der Regelschwingung bei dem Wert F = 1 liegt. Dies bedeutet, daß der Vorsteuerwert für die Einspritzmenge für die gerade vorliegenden Betriebsbedingungen korrekt gewählt ist und die Lambda-Regelung somit nicht korrigierend eingreifen muß. Zwischen den Zeitpunkten ta und tb liegt unter geänderten Betriebsbedingungen ein falscher Vorsteuerwert für die Kraftstoffzumessung vor, so daß die Lambda-Regelung korrigierend eingreifen muß. Aufgrund des Verweilens des Ausgangssignal der Sonde auf einem der beiden möglichen Pegel wird die Ausgangsgröße F des Reglers über den Integralanteil solange geändert, bis die Kraftstoffeinspritzmenge über die Korrekturstufe 13 auf den gewünschten Wert korrigiert wurde. Im vorliegenden Fall schwankt der Mittelwert des Korrekturfaktors F um r Werte Fr >1, was darauf schließen läßt, daß der Vorsteuerwert einer zu geringen Kraftstoffmenge entspricht. Aus diesem Beispiel ist ebenfalls zu erkennen, daß eine nicht ganz korrekte Einstellung der Vorsteuerwerte nicht zu einer Vergrößerung der Regelschwingung des Reglers im eingeschwungenen Zustand führt. Die Amplitudenanteile der Regelschwingung des Korrekturfaktors F , die auf den P- bzw. I-Anteil zurückzuführen sind, nehmen bei geeigneter Wahl und konstanter Totzeit im eingeschwungenen Zustand ständig gleich große Werte an, wodurch eine optimale Regelfrequenz erreicht wird.The diagrams in FIG. 3 serve to explain the functioning of mixture metering systems in accordance with the prior art. The lambda is applied Correction signal F r , which influences the pilot control values for the injection quantity, as a function of the time t, represented in arbitrary units. In the special case at hand, the signal form consists of an I component and a P component. Since the output variable of the exhaust gas probe used in the present exemplary embodiment, which is designed in particular as an oxygen probe, assumes essentially only two values, namely a high output level for a rich air-fuel mixture and a low output level for a lean air-fuel mixture, the present signal form results of the correction factor F as follows: If the output quantity of the oxygen probe jumps from rich to lean or lean to rich, a P component in each case becomes effective at the output of the controller 16. The integral behavior of the controller takes effect during the time that the probe signal remains in one of the two output states. The time period in which an integral behavior of the controller is effective depends on the dead time behavior of the controlled system, which is essentially due to the gas throughput times through the internal combustion engine. The permanent vibrations shown in FIGS. 3a to 3c therefore arise. It can be seen from FIG. 3a that the mean value of the control oscillation is at the value F = 1 for times t <t a . This means that the pilot control value for the injection quantity has been correctly selected for the operating conditions currently prevailing and the lambda control therefore does not have to intervene in a corrective manner. Between the times t a and t b there is an incorrect pilot control value for the fuel metering under changed operating conditions, so that the lambda control must intervene in a corrective manner. Because of the dwelling of the probe output on one of the two possible Level, the output variable F of the controller is changed via the integral component until the fuel injection quantity has been corrected to the desired value via the correction stage 13. In the present case, the mean value of the correction factor F fluctuates by r values Fr> 1, which suggests that the pilot control value corresponds to an insufficient fuel quantity. It can also be seen from this example that an incorrect setting of the pilot control values does not lead to an increase in the control oscillation of the controller in the steady state. The amplitude components of the control oscillation of the correction factor F, which can be attributed to the P or I component, always take on the same values with a suitable choice and constant dead time in the steady state, whereby an optimal control frequency is achieved.

Diese Sachlage ändert sich gänzlich, wenn, wie in Figur 3b dargestellt ist, die Totzeit der Regelstrecke verändert wird. Die Totzeit der Regelstrecke ist sehr stark drehzahl- und lastabhängig, so daß derartige Totzeitänderungen der Regelstrecke sehr häufig auftreten. Als Folge einer Vergrößerung der Totzeit zwischen den Zeitpunkten ta und tb ergibt sich eine Überhöhung der Amplitude der Regelschwingung, die alleine aus dem Integralverhalten des Reglers 17 resultiert. Im Extremfall sehr großer Amplituden kann sich dies durch Drehmomentsänderungen der Brennkraftmaschine und einer damit verbundenen Laufunruhe bei erhöhter Abgasemission bemerkbar machen. Des weiteren läßt sich nun auch nicht mehr das optimale Verhältnis zwischen den auf dem P- und I-Anteil beruhenden Amplituden der Regelschwingung einhalten. Hieraus resultiert eine Verringerung der Frequenz der Regelschwingung, die zu einem noch trägeren Verhalten der Gesamtanordnung führt.This situation changes completely if, as shown in FIG. 3b, the dead time of the controlled system is changed. The dead time of the controlled system is very dependent on the speed and load, so that such changes in the dead time of the controlled system occur very frequently. As a result of an increase in the dead time between the times t a and t b , the amplitude of the control oscillation is increased, which results solely from the integral behavior of the controller 17. In the extreme case of very large amplitudes, this can be manifested by changes in the torque of the internal combustion engine and an associated uneven running with increased exhaust gas emission. Furthermore, the optimum relationship between the amplitudes of the control oscillation based on the P and I components can no longer be maintained. This results in a reduction in the frequency of the control oscillation, which leads to an even more sluggish behavior of the overall arrangement.

Ein weiterer Nachteil bekannter Anordnungen soll durch das Diagramm der Figur 3c veranschaulicht werden. Dadurch, daß in diesem Beispiel der P-Anteil beim Fett-Mager-Sprung des Ausgangssignals der Sauerstoffsonde identisch Null gesetzt wird, ergibt sich eine, in manchen Fällen gewünschte, bewußt herbeigeführte Lambda-Verschiebung. Die Lambda-Verschiebung wird im allgemeinen durch unterschiedliche P-Anteile zwischen Fett-Mager-Sprung und Mager-Fett-Sprung erreicht. Dabei muß der eine P-Anteil nicht gleich Null sein. Das Maß für diese Verschiebung ergibt sich aus der Differenz der Flächenanteile ober-und unterhalb der Linie bei F = 1. Auch in diesem Beir spiel wird eine Vergrößerung der Totzeit des Regelkreises während des Zeitraumes zwischen t a und tb angenommen. Durch die Erhöhung der Amplitude der Regelschwingung ergibt sich auch eine geänderte Verschiebung des Regelfaktors F , so daß diese bewußt herbeigeführte Lambda-Verschiebung anhängig von der Amplitude der Regelschwingung wird.Another disadvantage of known arrangements is to be illustrated by the diagram in FIG. 3c. The fact that in this example the P component in the fat-lean jump of the output signal of the oxygen probe is set to identical zero results in a lambda shift which is deliberately brought about in some cases and is desired. The lambda shift is generally achieved by different P components between the rich-lean jump and the lean-rich jump. The P component does not have to be zero. The measure for this shift results from the difference in the area shares above and below the line at F = 1. Also in this example, an increase in the dead time of the control loop is assumed during the period between t a and t b . Increasing the amplitude of the control oscillation also results in a changed displacement of the control factor F, so that this deliberately induced lambda displacement becomes dependent on the amplitude of the control oscillation.

Aus all diesen genannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Forderung nach einer Anpassung der Steigung des I-Anteiles des Reglers 17 in der Weise, daß in Abhängigkeit von der vorhergehenden Regelamplitude die Steigung solange korrigiert wird, bis die vorgegebene Sollamplitude der Regelschwingung erreicht wird. Der genaue Wert der Amplitude der Regelschwingung ist im Einzelfall zu ermitteln. Zwar ergibt sich für große Regelamplituden eine sehr rasche Beseitigung der jeweils auftretenden Störung, doch tritt mit zunehmender Regelamplitude ebenso eine Laufruhe der Brennkraftmaschine ein. Es sind also derartige Amplituden der Regelschwingung einzustellen, die knapp unterhalb der Grenze liegen, die den Fahrkomfort eines mit einer derartigen Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeuges beeinträchtigen. Als zweites sind die dabei auftretenden Abgasschwankungen zu beachten, wobei hier jedoch die Pufferwirkung eines nachgeschalteten Katalysators diese Schwankungen zum größten Teil wieder herausmittelt. Die obere Grenze für die Amplitude der Regelschwingung wird also entweder durch das Fahrverhalten oder einen oberen Schwellwert für die Abgasemission festgelegt. Für den einschlägigen Fachmann ist die Bemessung dieses Wertes der Amplitude der Regelschwingung eine reine Routinearbeit und stellt ihn vor keinerlei Probleme.From all of the above-mentioned disadvantages of the prior art, there is a demand for an adjustment of the slope of the I component of the controller 17 in such a way that the slope is corrected as a function of the previous control amplitude until the predetermined desired amplitude of the control oscillation is reached . The exact value of the amplitude of the control oscillation must be determined in individual cases. For large control amplitudes, the disturbance that occurs in each case is eliminated very quickly, but the internal combustion engine also runs smoothly with increasing control amplitude. Such amplitudes of the control oscillation are to be set that are just below the limit that the driving comfort of one with such Interference engine equipped vehicle. Secondly, the flue gas fluctuations that occur should be taken into account, although here the buffer effect of a downstream catalytic converter largely averages out these fluctuations. The upper limit for the amplitude of the control vibration is therefore determined either by the driving behavior or an upper threshold value for the exhaust gas emission. For the relevant specialist, the dimensioning of this value of the amplitude of the control oscillation is a mere routine work and presents no problems for him.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Reglers des erfindungsgemäßen Gemischzumeßsystems dargestellt. Die Ausgangssignale der Abgassonde 15 gelangen zu einer Vergleichseinrichtung 41, in der sie mit einem vorgegebenen Sollwert 42 verglichen werden. Das Ergebnis dieser Vergleichsoperation dient als Eingangsgröße des Reglers 16, dessen Ausgangssignale F zur korrigierenden Beeinflussung beispielsweise der Einspritzzeitdauer dienen. Der Regler 16 besteht aus einem P-Kanal 43 und einem dazu parallel geschalteten I-Kanal 44, dem eine Korrekturstufe 45 vorgeschaltet ist.FIG. 4 shows an embodiment of the regulator of the mixture metering system according to the invention. The output signals of the exhaust gas probe 15 reach a comparison device 41, in which they are compared with a predetermined target value 42. The result of this comparison operation serves as an input variable of the controller 16, the output signals F of which serve to correct, for example, the injection duration. The controller 16 consists of a P-channel 43 and an I-channel 44 connected in parallel with it, which is preceded by a correction stage 45.

Die Ausgangssignale der Abgassonde 15 werden weiterhin zwei Monoflop-Stufen 46 und 47 zugeführt, die ausgangsseitig zwei Schalter 48 und 49 betätigen. Dabei ist die Monoflop-Stufe 46 auf die positiven Flanken und die Monoflop-Stufe 47 auf die negativen Flanken des Ausgangssignals der Abgassonde 15 empfindlich. Über die Schalter 48 und 49 wird das Ausgangssignal F des Reglers 16 jeweils auf den Eingang zweier Abtast- und Halteeinheiten 50 und 51 gelegt. Die Ausgangssignale dieser Abtast- und Halteeinheiten 50 und 51 gelangen zusammen mit den Signalen des P-Kanals 43 des Reglers 16 auf eine Vergleichsstufe 52. In einer Divisionsstufe 53 wird der Quotient aus dem Ausgangssignal der Vergleichsstufe 52 und einem vorgegebenen Sollwert 54 gebildet. Dieser Quotient wird in einer Vergleichsstufe 55 mit einem Sollwert 56 verglichen und dieses Ergebnis neben anderen Größen einer Multiplizierstufe 57 zugeführt. Die Ausgangsgröße der Multiplizierstufe 57 gelangt über einen v/wandler 60 und einen Schalter 58 auf einen Zähler 59. Die Zählrichtung des Zählers 59 hängt von der jeweiligen - Stellung des Schalters 58 ab, wobei dieser Schalter 58 jeweils bei einem Flankenwechsel der Ausgangsgröße der Abgassonde 15 betätigt wird. Der Zählerstand des Zählers 59 beeinflußt die Korrekturstufe 45 und die Multiplizierstufe 57. Des weiteren kann die Multiplizierstufe 57 mit einer weiteren Größe Gf beaufschlagt werden. Es erweist sich in vielen Anwendungsfällen als sinnvoll, die Korrekturstufe 45 mit Signalen einer Lasterkennungsstufe 61, der entsprechenden Maschinenkenngrößen wie z.B. QL, α, n oder p zugeführt werden, zu beaufschlagen.The output signals of the exhaust gas probe 15 are also fed to two monoflop stages 46 and 47, which actuate two switches 48 and 49 on the output side. The monoflop stage 46 is sensitive to the positive edges and the monoflop stage 47 to the negative edges of the output signal of the exhaust gas probe 15. Via the switches 48 and 49, the output signal F of the controller 16 is in each case at the input of two Sample and hold units 50 and 51 placed. The output signals of these sample and hold units 50 and 51, together with the signals of the P-channel 43 of the controller 16, reach a comparison stage 52. In a division stage 53, the quotient is formed from the output signal of the comparison stage 52 and a predetermined target value 54. This quotient is compared in a comparison stage 55 with a target value 56 and this result is fed to a multiplier stage 57 in addition to other variables. The output variable of the multiplication stage 57 reaches a counter 59 via a converter 60 and a switch 58. The counting direction of the counter 59 depends on the respective position of the switch 58, this switch 58 each time the output variable of the exhaust gas probe 15 changes with an edge is operated. The counter reading of the counter 59 influences the correction stage 45 and the multiplier stage 57. Furthermore, the multiplier stage 57 can be supplied with a further variable G f . In many applications, it proves to be useful to apply the correction stage 45 with signals from a load detection stage 61, to which the corresponding machine parameters such as Q L , α, n or p are supplied.

Die Anordnung funktioniert wie folgt: Mittels der Abtast- und Halteverstärker 50, 51 werden die Amplituden der Regelschwingung an den Umschaltpunkten der Ausgangsgröße der Abgassonde 15 gespeichert. In der Vergleichsstufe 52 findet eine Differenzbildung dieser Werte statt, so daß am Ausgang die Amplitude der Regelschwingung zur Verfügung steht. Um alleine die Amplitude des integralen Teils zu ermitteln, wird in der Vergleichsstufe 52 zusätzlich der P-Anteil der Regelschwingung abgezogen. Es kann sich in verschiedenen Fällen als günstig erweisen, den abzuziehenden P.Anteil rein rechnerisch gleich Null zu setzen, da hierdurch unter Umständen der Rechenaufwand herabgesetzt werden kann. Nach einer Division der Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 52 durch eine vorgegebene Sollgröße 54 und einen Vergleich dieses Quotienten in der Vergleichsstufe 55 mit einem Sollwert 56, der insbesondere den Wert 1 annimmt, findet in der Multiplizierstufe 57 eine Multiplikation mit der Ausgangsgröße des Zählers 59 statt. Über den Spannungs/Frequenz-Wandler 60beeinflußt die Multiplizierstufe 57 die Zählgeschwindigkeit des Zählers 59. Die Korrekturstufe 45 beeinflußt in Abhängigkeit vom Zählerstand des Zählers 59 die Steigung des I-Anteils der Regelschwingung.The arrangement works as follows: by means of the sample and hold amplifiers 50, 51, the amplitudes of the control oscillation are stored at the switching points of the output variable of the exhaust gas probe 15. These values are formed in the comparison stage 52, so that the amplitude of the control oscillation is available at the output. In order to determine the amplitude of the integral part alone, the P component of the control oscillation is additionally subtracted in the comparison stage 52. It can differ in different ways Cases prove to be favorable to set the percentage of deduced P. to be purely arithmetically zero, since this may reduce the computational effort. After a division of the output variable of the comparison stage 52 by a predetermined target variable 54 and a comparison of this quotient in the comparison stage 55 with a target value 56, which in particular assumes the value 1, multiplication by the output variable of the counter 59 takes place in the multiplier stage 57. The multiplier 57 influences the counting speed of the counter 59 via the voltage / frequency converter 60. The correction stage 45 influences the slope of the I component of the control oscillation as a function of the counter reading of the counter 59.

Über eine Lasterkennungsstufe 61, der Maschinenkenngrößen wie die Drehzahl n, die Drosselklappenstellung α oder der Luftdurchsatz Q zugeführt werden, kann eine Vorsteuerung des I-Anteils der Regelschwingung in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der DE-OS 22 29 928 dargestellt.A pre-control of the I component of the control oscillation depending on the load of the internal combustion engine can be carried out via a load detection stage 61, to which machine parameters such as the speed n, the throttle valve position α or the air flow rate Q are supplied. Such an arrangement is shown for example in DE-OS 22 29 928.

Die beschriebene Anordnung hat im wesentlichen drei Funktionen zu erfüllen, nämlich die Messung der Integratorsteigung, den Vergleich mit der Sollsteigung und die Korrektur der Integratorsteigung. Da die Regelschwingung ihren größten Wert A0 innerhalb eines Zyklus zu dem Zeitpunkt hat, bei dem die Ausgangsgröße der Abgassonde von mager nach fett und ihren kleinsten Wert Au bei einem Fett-Mager-Sprung hat, kann durch Speichern dieser Extremwerte und einer anschließenden Differenzbildung die Ist-Amplitude Ai = Ao - Au gebildet werden. Zieht man zusätzlich den Proportionalanteil P ab, so erhält man denjenigen Amplitudenanteil der Regelschwingung, der alleine auf den I-Anteil I. = A. - P zurückzuführen ist. Dabei kann der P-Anteil asymmétrische Werte annehmen, d.h., daß der P-Wert beim Mager-Fett-Sprung sich von dem beim Fett-Mager-Sprung des Ausgangssignals der Abgassonde unterscheiden kann. Die Steigung des I-Anteils für einen neuen Zyklus kann aus der Steigung des I-Anteils eines vorhergehenden Zyklus nach

Figure imgb0001
berechnet werden. Mit der Beziehung
Figure imgb0002
ergibt sich für die Änderung der Integratorsteigung ΔS der Zusammenhang
Figure imgb0003
 The described arrangement essentially has three functions, namely the measurement of the integrator slope, the comparison with the nominal slope and the correction of the integrator slope. Since the control oscillation has its greatest value A 0 within a cycle at the point in time at which the output variable of the exhaust gas probe has from lean to rich and its smallest value A u during a rich-lean jump, these extreme values can be stored and a subsequent difference can be formed the actual amplitude A i = A o - A u are formed. If you pull additional Lich the proportional part P, you get that amplitude part of the control oscillation that is solely due to the I part I. = A. - P. The P component can assume asymmetrical values, ie the P value in the lean-rich jump can differ from that in the rich-lean jump in the output signal of the exhaust gas probe. The slope of the I component for a new cycle can be determined from the slope of the I component of a previous cycle
Figure imgb0001
 be calculated. With the relationship
Figure imgb0002
 the relationship results for the change in the integrator slope ΔS
Figure imgb0003

Da bei Änderungen der Vorsteuerwerte bzw. bei plötzlichen Störungen eine Schwingungsmittelwertverschiebung auftritt und deshalb die Abweichung vom alten Schwingungsmittelwert über eine zusätzlich verlängerte Integratorlaufzeit abgedeckt werden muß, können sich durch den Amplitudenzuwachs Ungenauigkeiten in der Berechnung der neuen Integratorsteigung ergeben. Um diesen Effekt weitgehend zu unterdrücken, wird ein Gewichtsfaktor Cf eingeführt, der im wesentlichen Werte Gf<1 annimmt. Diese Maßnahme reduziert die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit in der Integratorsteigung, so daß diese Steigung erst nach mehreren Schwingungen den gewünschten Wert annimmt. Der Einfluß einer einzelnen, durch eine Mittelwertverschiebung der Schwingung vergrößerten Steigung wird hierdurch erheblich unterdrückt.Since there is a shift in the mean vibration value when there are changes in the pilot control values or in the event of sudden disturbances, and therefore the deviation from the old mean vibration value must be covered by an additionally extended integrator runtime, the increase in amplitude may result in inaccuracies in the calculation of the new integrator slope. In order to largely suppress this effect, a weight factor C f is introduced, which essentially assumes values G f <1. This measure reduces the maximum possible rate of change in the integrator slope, so that this slope only after several oscillations the desired assumes th value. This significantly suppresses the influence of a single slope that is increased by a mean shift in the vibration.

Eine andere Möglichkeit diese Mittelwertverschiebung zu unterdrücken besteht darin, statt des Vergleichs der alleine durch den I-Anteil der Regelschwingung verursachten Amplituden I die Gesamtamplituden A = I + P zu vergleichen, wozu der in der Vergleichsstufe 52 abzuziehende P-Anteil identisch Null gesetzt wird. Auch hierdurch würde ebenfalls eine Verringerung in der Änderungsgeschwindigkeit der Integratorsteigung erreicht. Darüber hinaus könnte durch eine derartige Version der Rechenaufwand verringert werden. Es sei an dieser Stelle noch einmal betont, daß ein Fachmann bei Kenntnis der beschriebenen Zusammenhänge mit seinem Fachwissen sowohl eine analoge als auch eine digitale mikrocomputergesteuerte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung realisieren kann.Another possibility of suppressing this mean value shift is to compare the total amplitudes A = I + P instead of comparing the amplitudes I caused solely by the I component of the control oscillation, for which purpose the P component to be subtracted in the comparison stage 52 is set to identical zero. This would also result in a reduction in the rate of change of the integrator slope. In addition, such a version could reduce the computing effort. At this point, it should be emphasized once again that a person skilled in the art, with knowledge of the described relationships, with his specialist knowledge can implement both an analog and a digital microcomputer-controlled embodiment of the present invention.

Im folgenden ist ein Flußdiagramm für eine rechnergesteuerte Ausführungsform der Erfindung offenbart, die für sich selbst spricht und keiner weiteren Erläuterungen bedarf:

Figure imgb0004
In Figur 5 ist das Ausgangssignal Fr eines Reglers im erfindungsgemäßen Gemischzumeßsystem einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Zum Zeitpunkt tA findet gleichzeitig eine sprungartige Veränderung des Vorsteuerwertes und der Totzeit des Regelkreises (Kombination der Effekte der Figuren 3a und 3b) statt. Trotz der gleichzeitigen Veränderung dieser beiden Größen erreicht das erfindungsgemäße System schon nach ungefähr drei Schwingungszyklen eine Anpassung der Integratorsteigung in der Weise, daß die Sollamplitude der Regelschwingung erreicht ist.The following is a flow chart for a computer-controlled embodiment of the invention that speaks for itself and requires no further explanation:
Figure imgb0004
5 shows the output signal F r of a controller in the mixture metering system of an internal combustion engine as a function of time. At time t A, there is a sudden change in the pilot control value and the dead time of the control loop (combination of the effects of FIGS. 3a and 3b). Despite the simultaneous change of these two quantities, the system according to the invention achieves an adjustment of the integrator slope after approximately three oscillation cycles in such a way that the target amplitude of the control oscillation is reached.

Insgesamt gesehen läßt sich mit diesem erfindungsgemäßen System die maximale Regelfrequenz erreichen, da die Amplituden von P- und I-Anteil der Regelschwingung durch eine Anpassung insbesondere der Integratorsteigung auf gleich große Werte eingestellt werden und somit der Regler stets im Optimum arbeitet'. Auch Exemplarstreuungen von einem Motor zum anderen bzw. einer Abgassonde zu anderen und Langzeitveränderungen von Motor und Abgassonde kommt aufgrund der sich anpassenden Integratorsteigung keine nachteilige Bedeutung mehr zu. Obwohl Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit einer Einspritzanlage erläutert wurden, spielt es für das Wesen der Erfindung keine Rolle, in welcher speziellen Art und Weise die Gemischaufbereitung durchgeführt wird.Seen overall, the maximum control frequency can be achieved with this system according to the invention, since the amplitudes of the P and I components of the control oscillation are adjusted to values of equal size by adapting, in particular, the integrator slope, and thus the controller always works optimally. Variations in specimens from one engine to another or one exhaust gas probe to another and long-term changes in the engine and exhaust gas probe are no longer of disadvantageous importance due to the adapting slope of the integrator. Although exemplary embodiments of the invention have been explained in connection with an injection system, it does not matter to the essence of the invention in what special way the mixture preparation is carried out.

Claims (10)

1. Gemischzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einerdem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten, das Luftverhältnis Lambda anzeigenden und vorzugsweise eine Zweipunkt-Charakteristik aufweisenden Abgassonde, deren Signale einer nachgeschalteten, vorzugsweise Proportional-Integral-Verhalten aufweisenden Regelfunktion unterworfen werden und bei dem die Ausgangsgröße dieser Regelfunktion auf die Gemischzusammensetzung korrigierend einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschwingung der Ausgangsgröße der Regelfunktion mittels einer überlagerten Regelung auf eine vorgegebene Amplitude eingestellt wird.1. Mixture metering system for an internal combustion engine with an exhaust gas probe which is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine and which shows the air ratio lambda and preferably has a two-point characteristic, the signals of which are subjected to a downstream control function which preferably has a proportional-integral behavior and in which the output variable of this control function is based on the Mixture composition has a corrective effect, characterized in that the control oscillation of the output variable of the control function is set to a predetermined amplitude by means of a superimposed control. 2. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die überlagerte Regelung auf den in der Regelschwingung enthaltenen Integral-Anteil Einfluß genommen wird.2. Mixture metering system according to claim 1, characterized in that the integral component contained in the control oscillation is influenced by the superimposed control. 3. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Regelschwingung enthaltene Proportionalanteil auf einen vorgegebenen Wert festgelegt wird oder in Beziehung zu der gemessenen Amplitude der Regelschwin- gung gesetzt wird.3. Gemischzumeßsystem according to at least one of the preceding claims, characterized in that the proportional component is contained in the control oscillation is fixed to a predetermined value or g in relation to the measured amplitude of the Regelschwin- ung set. 4. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Regelschwingung enthaltene Integral-Anteil im eingeschwungenen Zustand die gleiche Amplitude wie der Proportional-Anteil aufweist.4. Mixture metering system according to at least one of claims 2 and 3, characterized in that the integral component contained in the control oscillation has the same amplitude in the steady state as the proportional component. 5. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert der Steigung des Integral-Anteils der Regelschwingung in zeitlicher Folge bestimmt, mit einem Sollwert verglichen und über diesem Soll-Ist-Wertvergleich die Steigung des Integral-Anteils korrigiert wird.5. Mixture metering system according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the actual value of the gradient of the integral part of the control oscillation is determined in chronological order, compared with a desired value and the gradient of the integral part is corrected via this nominal-actual value comparison becomes. 6. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerte der Amplitude der Regelschwingung in zeitlicher Folge bestimmt, mit einem Sollwert verglichen und über diesem Soll-Ist-Wertvergleich die Steigung des I-Anteils korrigiert wird.6. Mixture metering system according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that the actual values of the amplitude of the control oscillation are determined in chronological order, compared with a nominal value and the slope of the I component is corrected via this nominal-actual value comparison. 7. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorsteuerung des Istwertes der Steigung des Integral-Anteils der Regelschwingung in Abhängigkeit von zumindestens vom Lastzustand der Brennkraftmaschine abhängigen Brennkraftmaschinen-Betriebskenngrößen durchgeführt wird.7. Mixture metering system according to at least one of claims 2 to 6, characterized in that a pre-control of the actual value of the gradient of the integral part of the control oscillation is carried out as a function of internal combustion engine operating parameters which are dependent at least on the load state of the internal combustion engine. 8. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der überlagerten Regelung auf den Integral- Anteil durch einen Wichtungsfaktor (Gf) beeinflußbar ist.8. Mixture metering system according to at least one of claims 2 to 7, characterized in that the influence of the superimposed control on the integral part can be influenced by a weighting factor (G f ). 9. Gemischzumeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor (Gf) auf Werte Gf<1 eingestellt ist.9. Mixture metering system according to claim 8, characterized in that the weighting factor (G f ) is set to values G f <1. 10. Gemischzumeßsystem nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der Regelfunktion auf die von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Luftdurchsatz oder der Last abhängigen Vorsteuerwerte für die Gemischzusammensetzung korrigierend einwirkt.10. Mixture metering system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the output variable of the control function has a corrective effect on the pre-control values for the mixture composition which are dependent on operating parameters of the internal combustion engine, such as speed, air flow rate or the load.
EP84116240A 1984-03-09 1984-12-22 Lambda-controlled mixture-measuring system for an internal-combustion engine Expired EP0157004B1 (en)

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DE19843408635 DE3408635A1 (en) 1984-03-09 1984-03-09 LAMBDA-CONTROLLED MIXING SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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