EP0293571A2 - Verfahren zur Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0293571A2
EP0293571A2 EP88105140A EP88105140A EP0293571A2 EP 0293571 A2 EP0293571 A2 EP 0293571A2 EP 88105140 A EP88105140 A EP 88105140A EP 88105140 A EP88105140 A EP 88105140A EP 0293571 A2 EP0293571 A2 EP 0293571A2
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EP
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combustion engine
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output voltage
measuring probe
speed
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EP88105140A
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Helmut Fleischer
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Mannesmann VDO AG
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Mannesmann VDO AG
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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the fuel-air ratio of an internal combustion engine, the output voltage of an oxygen measuring probe, which is arranged in the exhaust gas duct of the internal combustion engine, being fed to a controller and the controller issuing a manipulated variable for the fuel-air ratio.
  • the aim of regulating the fuel-air ratio in internal combustion engines is primarily to reduce harmful fractions of exhaust gas emissions from internal combustion engines.
  • a method is known with an oxygen measuring probe arranged in the exhaust gas flow of the internal combustion engine, which controls an integrating device, the output signal of the exhaust gas measuring probe being applied to a threshold value switch and switching over when the threshold value is reached, and with after the switching of the threshold switch, the integration direction of the integrating device is changed.
  • the time constant of the integrating device is changed as a function of at least one operating parameter of the internal combustion engine, in particular as a function of the intake air quantity of the internal combustion engine.
  • the integrating device with changeable time constant proposed in connection with the known method does not meet the requirements with regard to precise and adaptable regulation.
  • the method according to the invention is characterized in that corresponding signals are fed to the controller comprising a microprocessor, the load and the speed of the internal combustion engine are corresponding signals, that after a jump in the output voltage of the oxygen measuring probe there is a jump in the manipulated variable and that the manipulated variable is obtained by adding a predetermined value and an additional value is formed, that the additional value is derived in each case by multiplying a coefficient which is dependent on the load and on the speed by a counting variable and that the counting variable is set to 0 by the respective jump in the output voltage of the oxygen measuring probe.
  • a further development of the invention consists in that the coefficient in the event of a jump in the output voltage of the oxygen measuring probe is calculated from the signals then supplied, which correspond to the load and the speed, and is stored until the next jump. This saves on the one hand computing time and on the other hand enables in a simple manner that additional parameters when calculating the Manipulated variable can be taken into account.
  • a further improvement of the method according to the invention is possible in that the value of the jump is also dependent on the load and the speed of the internal combustion engine.
  • the oxygen measuring probe 1 is connected to the input of a multiplexer 2, the other input of which is supplied with a signal corresponding to the intake air quantity Q.
  • the output of the multiplexer 2 is connected to the input of an analog / digital converter 3, so that both the output voltage of the oxygen measuring probe 1 and the signal representing the intake air quantity Q are alternately converted into digital values.
  • an input / output unit 4 which is part of a microcomputer and is connected via a bus system 5 to a microprocessor 6, a read-only memory 7 and a read-write memory 8 that is.
  • the read-only memory 7 is used for permanent storage of the program, including the constants required for the execution of the program.
  • the variables created during the program run are stored in the read-write memory 8.
  • An input 9 of the microprocessor is supplied with a speed signal n, the frequency of which is proportional to the speed of the internal combustion engine. By counting the period of this signal, the speed n of the internal combustion engine is measured in a manner known per se and the result is stored in the read-write memory 8.
  • the manipulated variable calculated by the microprocessor is fed to the output 12 via the input / output unit 4, a digital / analog converter 10 and an output stage 11. Since the actuators normally used are driven by a current, the manipulated variable is designated by the formula symbol I in the exemplary embodiment shown.
  • the microcomputer shown in FIG. 1, including the multiplexer 2, the analog / digital converter 3 and the digital / analog converter 10, is available in various versions as a so-called one-chip microcomputer.
  • the determined value is output at 20 via the input / output unit 4 (FIG. 1).
  • the counter variable m is then increased by 1 at 21.
  • FIG. 3a shows the desired course of the time-dependent portion of the manipulated variable as a function of time.
  • the slope a of the straight line depends on the operating parameters of the internal combustion engine, in particular on the speed and the load, which is measured via the amount of air drawn in.
  • the diagram according to FIG. 3b) shows the course of the manipulated variable Im, clock periods of the microprocessor, which are denoted by the respective value of the counting variables, being plotted on the time axis.
  • the controller reacts with a signal jump Pi, which is followed by a time-linear course, which, however, is gradual due to the finite computing speed of the microcomputer.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei die Ausgangsspannung einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, einem Regler zugeführt wird und der Regler eine Stellgröße für das Kraftsoff-Luft-Verhältnis abgibt, werden dem einen Mikroprozessor umfassenden Regler ferner der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Signale zugeführt. Jeweils nach einem Sprung der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde erfolgt ein Sprung der Stellgröße. Die Stellgröße wird durch Addition eines vorgegebenen Wertes und eines zusätzlichen Wertes gebildet. Der zusätzliche Wert wird jeweils durch Multiplikation eines von der Last und von der Drehzahl abhängigen Koeffizienten mit einer Zählvariablen abgeleitet, und die Zählvariable wird durch den jeweiligen Sprung der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde auf 0 gesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Brennkraft­maschine, wobei die Ausgangsspannung einer Sauer­stoffmeßsonde, die im Abgaskanal der Brennkraft­maschine angeordnet ist, einem Regler zugeführt wird und der Regler eine Stellgröße für das Kraftsoff-­Luft-Verhältnis abgibt.
  • Mit der Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bei Brennkraftmaschinen wird in erster Linie eine Verminderung schädlicher Anteile der Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen angestrebt. Es ist dazu bei­spielsweise ein Verfahren mit einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffmeß­sonde bekannt, die eine Integriereinrichtung ansteu­ert, wobei das Ausgangssignal der Abgasmeßsonde an einen Schwellwertschalter gelegt wird und diesen bei Erreichen des Schwellwertes umschaltet und wobei mit dem Umschalten des Schwellwertschalters die Integra­tionsrichtung der Integriereinrichtung geändert wird. In Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebs­parameter der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge der Brennkraft­maschine, wird die Zeitkonstante der Integrierein­richtung geändert. Die im Zusammenhang mit dem be­kannten Verfahren vorgeschlagene Integriereinrich­tung mit veränderbarer Zeitkonstante genügt jedoch nicht den Anforderungen bezüglich einer genauen und anpassungsfähigen Regelung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn­zeichnet, daß dem einen Mikroprozessor umfassenden Regler ferner der Last und der Drehzahl der Brenn­kraftmaschine entsprechende Signale zugeführt wer­den, daß jeweils nach einem Sprung der Ausgangsspan­nung der Sauerstoffmeßsonde ein Sprung der Stellgrö­ße erfolgt und daß die Stellgröße durch Addition eines vorgegebenen Wertes und eines zusätzlichen Wertes gebildet wird, daß der zusätzliche Wert je­weils durch Multiplikation eines von der Last und von der Drehzahl abhängigen Koeffizienten mit einer Zählvariablen abgeleitet wird und daß die Zählvaria­ble durch den jeweiligen Sprung der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde auf 0 gesetzt wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Koeffizient bei einem Sprung der Ausgangsspan­nung der Sauerstoffmeßsonde aus den dann zugeführten Signalen, welche der Last und der Drehzahl entspre­chen, berechnet und bis zum folgenden Sprung gespei­chert wird. Dadurch wird einerseits Rechenzeit ge­spart und andererseits in einfacher Weise ermög­licht, daß weitere Parameter bei der Berechnung der Stellgröße berücksichtigt werden können.
  • Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Ver­fahrens ist dadurch möglich, daß der Wert des Sprun­ges ebenfalls von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängig ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­rens,
    • Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Programms, mit welchem der Mikroprozessor betrieben wird, und
    • Fig. 3 Zeitdiagramme zur Darstellung des erfindungs­gemäßen Verfahrens.
  • Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist die Sauerstoffmeß­sonde 1 mit dem Eingang eines Multiplexers 2 verbun­den, dessen anderem Eingang ein der angesaugten Luft­menge Q entsprechendes Signal zugeführt wird. Der Ausgang des Multiplexers 2 ist mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 3 verbunden, so daß sowohl die Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde 1 als auch das die Ansaugluftmenge Q darstellende Signal abwechselnd in digitale Werte umgewandelt werden. Diese werden einer Ein/Ausgabe-Einheit 4 zugeführt, die Teil eines Mikrocomputers ist und über ein Bus-­system 5 mit einem Mikroprozessor 6 einem Nur-Lese-­Speicher 7 und einem Schreib-Lese-Speicher 8 verbun­ den ist. Der Nur-Lese-Speicher 7 dient zur bleiben­den Speicherung des Programms einschließlich der für die Ausführung des Programms benötigten Konstanten. Im Schreib-Lese-Speicher 8 werden die während des Programmlaufs entstehenden Variablen gespeichert.
  • Einem Eingang 9 des Mikroprozessors wird ein Dreh­zahlsignal n zugeführt, dessen Frequenz der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportional ist. Durch Aus­zählen der Periodendauer dieses Signals wird in an sich bekannter Weise die Drehzahl n der Brennkraft­maschine gemessen und das Ergebnis im Schreib-Lese-­Speicher 8 abgespeichert. Die vom Mikroprozessor berechnete Stellgröße wird über die Ein/Ausgabe-Ein­heit 4, einen Digital/Analog-Wandler 10 und eine End­stufe 11 dem Ausgang 12 zugefuhrt. Da die üblicher­weise verwendeten Stellglieder mit einem Strom ange­steuert werden, ist bei dem dargestellten Ausfüh­rungsbeispiel die Stellgröße mit dem Formelzeichen I bezeichnet.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Mikrocomputer einschließ­lich des Multiplexers 2, des Analog/Digital-Wandlers 3 und des Digital/Analog-Wandlers 10 ist in verschie­denen Ausführungen als sogenannter Ein-Chip-Mikrocom­puter erhältlich.
  • Bei dem Flußdiagramm gemäß Fig. 2 sind lediglich die Programmteile des im Nur-Lese-Speichers 7 abgespei­cherten Programms dargestellt, deren Erläuterung zum Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens erfor­derlich ist. Nach dem Start des Programms bei 14 erfolgt bei 15 eine Abfrage der Ausgangsspannung Us der Sauerstöffmeßsonde. Bei 16 verzweigt sich das Programm in Abhängigkeit davon, ob ein Sprung bei der Ausgangsspannung Us der Sauerstoffmeßsonde vor­liegt. Liegt ein Sprung vor, so wird bei 17 eine Zählvariable m auf 0 gesetzt. Daraufhin werden im Programmteil 18 die Werte für Pi und K ermittelt. Die hierzu im einzelnen erforderlichen Rechenschrit­te sind in dem Flußdiagramm nicht dargestellt. Die Ermittlung der Werte von Pi und K setzt jedoch vor­aus, daß der Wert der Drehzahl n bereits ermittelt und der Wert von Q gelesen wurde. In Abhängigkeit dieser Werte werden aus gespeicherten Tabellen der Wert Pi und ein Steigungsmaß a der in Fig. 3a) darge­stellten Geraden entnommen. Der Koeffizient K wird dann durch Multiplikation des Steigungsmaßes a mit der Dauer einer Taktperiode des Mikroprozessors 5 gewonnen.
  • Anschließend wird im Programmteil 19 der Wert Im unter Benutzung der Großen Pi und K sowie der Zähl­variablen m nach der Formel Im = Pi + K * m gebil­det. Der ermittelte Wert wird bei 20 über die Ein/­Ausgabe-Einheit 4 (Fig. 1) ausgegeben. Anschließend wird die Zählvariable m bei 21 um 1 erhöht.
  • Das Programm wird dann mit der Abfrage der Ausgangs­spannung Us der Sauerstoffmeßsonde wiederholt. Ist inzwischen kein Sprung aufgetreten, so wird mit der um 1 erhöhten Zählvariablen jedoch mit konstant gebliebenen Werten von Pi und K bei 19 der nächste Wert für die Stellgröße Im errechnet.
  • Hat jedoch inzwischen ein Sprung stattgefunden, so wird bei 17 die Zählvariable m wieder auf 0 gesetzt. Im Anschluß daran werden bei 18 neue Werte für Pi und K errechnet.
  • Fig. 3a) zeigt den jeweils angestrebten Verlauf des zeitabhängigen Anteils der Stellgröße als Funktion der Zeit. Dabei ist die Steigung a der Geraden abhän­gig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von der Drehzahl und der Last, welche über die angesaugte Luftmenge gemessen wird. Das Diagramm gemäß Fig. 3b) zeigt den Verlauf der Stell­größe Im, wobei auf der Zeitachse als Maßeinheit Taktperioden des Mikroprozessors aufgetragen sind, die mit dem jeweiligen Wert der Zählvariablen be­zeichnet sind. Zum Zeitpunkt 0 ist ein Sprung der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde aufgetreten, worauf der Regler mit einem Signalsprung Pi rea­giert, an welchen sich ein zeitlinearer Verlauf anschließt, der, jedoch bedingt durch die endliche Rechengeschwindigkeit des Mikrocomputers, stufen­weise erfolgt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Ver­hältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei die Aus­gangsspannung einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgas­kanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, einem Regler zugeführt wird und der Regler eine Stellgröße für das Kraftsoff-Luft-Verhältnis abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Mikroprozessor umfas­senden Regler ferner der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Signale zugeführt werden, daß jeweils nach einem Sprung der Ausgangs­spannung der Sauerstoffmeßsonde ein Sprung der Stell­größe erfolgt und daß die Stellgröße durch Addition eines vorgegebenen Wertes und eines zusätzlichen Wertes gebildet wird, daß der zusätzliche Wert je­weils durch Multiplikation eines von der Last und von der Drehzahl abhängigen Koeffizienten mit einer Zählvariablen abgeleitet wird und daß die Zahlvaria­ble durch den jeweiligen Sprung der Ausgangsspannung der Sauerstoffmeßsonde auf 0 gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Koeffizient bei einem Sprung der Aus­gangsspannung der Sauerstoffmeßsonde aus den dann zugeführten Signalen, welche der Last und der Dreh­zahl entsprechen, berechnet und bis zum folgenden Sprung gespeichert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Sprunges ebenfalls von der Last und der Drehzahl der Brenn­kraftmaschine abhängig ist.
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