EP0375758A1 - Verfahren und vorrichtung zur lambdaregelung mit mehreren sonden. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur lambdaregelung mit mehreren sonden.

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EP0375758A1
EP0375758A1 EP19890906022 EP89906022A EP0375758A1 EP 0375758 A1 EP0375758 A1 EP 0375758A1 EP 19890906022 EP19890906022 EP 19890906022 EP 89906022 A EP89906022 A EP 89906022A EP 0375758 A1 EP0375758 A1 EP 0375758A1
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EP
European Patent Office
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control
lambda
phase
phase shift
value
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EP19890906022
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EP0375758B1 (de
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Winfried Moser
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0375758B1 publication Critical patent/EP0375758B1/de
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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
    • 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
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F02D41/1443—Plural sensors with one sensor per cylinder or group of cylinders

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for lambda control for an internal combustion engine with at least two lambda sensors.
  • the plurality of probes are located in successive locations in the exhaust gas duct of the internal combustion engine.
  • the lambda probes are attached to the same position in different subchannels of the exhaust gas duct system.
  • the invention relates to an arrangement of the latter type.
  • Such an arrangement is provided, for example, for the methods and devices according to DE-A1-22 55 874 (US-401 195) and DE-A1-27 13 988 (US-4,231,334).
  • one lambda probe is arranged in the exhaust subchannel in each case one half of a V-engine in front of that point before the two subchannels are brought together to form a manifold in which a catalyst is arranged.
  • the signals from the two probes serve to supply actual values for two separate control loops, one of which is assigned to one engine half.
  • the signals from both probes serve as actual values for a single control loop.
  • the controller increases, decreases or leaves the manipulated variable unchanged.
  • the manipulated variable is wobbled so that the mixture overlaps with the usual oscillation of the two-point controller constantly and quickly between rich and lean.
  • the known methods and devices are used to supply air / fuel mixtures which lead to exhaust gas of such a type that pollutants still present in the exhaust gas can be optimally converted by a catalyst.
  • the invention has for its object to provide a method for lambda control for an internal combustion engine with at least two lambda sensors in the same position, which allows even better pollutant conversion than previous methods.
  • the invention is also based on the object of specifying a device for performing such a method.
  • the inventive method is characterized in that at least two different air / fuel mixtures for different cylinders in two control loops are controlled with two points and target phase shifts are set between the control vibrations.
  • the device according to the invention has at least one means for two-point control, one means for determining the actual phase displacement and one means for setting the desired phase shift between two control loops in each case.
  • the invention uses the following consideration. With a two-point lambda control, the lambda value continuously oscillates between rich and lean. The greater the amplitude of these vibrations, the lower the relative pollutant conversion of the catalyst. If two control loops are now used instead of one control loop, it must be possible to adapt the vibrations in the two circles to one another such that the mixture in one control loop just swings in the rich direction when the mixture in the other control loop swings in the lean direction.
  • the exhaust gases of the rich mixture and the lean mixture come together in the collector pipe in front of the catalytic converter and lead there to exhaust gas with approximately lambda value 1.
  • the lambda value of the exhaust gas will scarcely oscillate if the phase shift is approximately half an oscillation period If more or less, there is still a vibration of the lambda value, but with a considerably lower amplitude than is present without a phase shift of the two control vibrations.
  • the amplitude can be determined by the extent of the phase shift.
  • a low residual vibration is desirable for some catalysts, since they only work optimally if they can work oxidizing during one half cycle of the control vibration and reducing during the other half cycle.
  • the known methods mentioned at the outset are intended for engines in which exhaust gas is very long due to their structure Subchannels exist, in particular for V engines.
  • the method according to the invention has advantages for all types of engines, that is to say also for B. in a four-cylinder in-line engine.
  • a probe can be arranged in each outlet connection, to which a control loop is assigned in each case.
  • the phase shifts between the four control loops are set so that mixed exhaust gas with essentially lambda value 1 is produced in the collecting duct, or that for the reason mentioned above there is still a small residual lambda vibration in the mixed exhaust gas.
  • the phase correction can be carried out particularly easily if reference is made continuously to the phase of a specific control loop.
  • the regulation on the other hand, becomes faster if the earliest vibration is variably referred to.
  • 1 shows a method for controlling lambda with two probes and two control loops, as a block diagram, between which a predetermined phase shift is set;
  • 2a-c show time-correlated diagrams of the signal from a lambda probe, the associated control value and the actual lambda value at the location of the probe;
  • FIG. 3 shows a diagram of the time profile of the lambda value of two individual exhaust gases and the lambda value of the mixed exhaust gas in the case of a phase shift of half an oscillation period
  • FIG. 4 shows a diagram corresponding to that of FIG. 3, but with a phase shift of less than half an oscillation period;
  • 5a and b show diagrams of the time profiles of two manipulated values with two different types of phase shift for a delayed signal
  • FIG. 6 shows a diagram corresponding to that of FIG. 5a, but relating to the phase shift of a leading signal
  • FIG. 7 shows a diagram corresponding to that of FIG. 5a, but with a larger phase shift and with a correction of the phase in two steps;
  • Figures 8a and b are diagrams corresponding to those of Figures 5a and b, however, the leading phase is the reference phase;
  • FIG. 9 shows a partial method for phase calculation and phase correction, shown as a block diagram, in which control values are used instead of control deviations, as in the method of FIG. 1;
  • the method according to the block diagram of FIG. 1 works on an internal combustion engine 12 with a first cylinder bank 13.I and a second cylinder bank 13.II.
  • a first injection valve arrangement 15.I is present in the intake duct 14.I for the first cylinder bank 13.I.
  • a corresponding second injection valve arrangement 15.II lies in the second intake duct 14.II.
  • a first lambda probe 17.1 is arranged in the exhaust gas duct 16.I and a second lambda probe 17.2 is accordingly arranged in the second exhaust gas duct 16.II.
  • the two exhaust gas sub-channels open into a collecting channel 18 in which a catalytic converter 19 is arranged.
  • the method for regulating the mixture composition for the first cylinder bank 13.I is explained in broad outline below with additional reference to FIG. 2.
  • the first injection valve arrangement 15.I is supplied with a first injection time signal TI.I, which is formed by multiplying a signal TIV (n, L) for a predetermined injection time by a control factor FR.I in a multiplication step 20.I.
  • the control factor FR.I is the control value output by a control step 21.I in response to a control deviation signal RAW.I.
  • the control deviation value RAW.I is formed by subtracting the signal Lambda-Ist.I from the first lambda probe 17.I from a lambda setpoint in a subtraction step 22.I.
  • Corresponding method steps are carried out in the control circuit which adjusts the mixture supplied to the second cylinder bank 13.II.
  • Actual control loops are structured in a considerably refined manner.
  • different disturbance variable correction steps are available, and adaptation methods are used which have the purpose of continuously adapting different correction values to changing conditions.
  • the signal ⁇ S of a lambda probe as is used for two-point control, has a jump behavior from the transition from rich to lean, as is shown in FIG. 2a.
  • the actual course of lambda which leads to this jump signal, is shown in FIG. 2c. 2b, which shows the chronological sequence of a control factor FR, be it the control factor FR.I for the first control circuit or the factor FR, serves to understand how the actual signal course comes about.
  • the control deviation signal RAW passes through the value 0 in one direction or the other.
  • the integration direction of the control step 21 changes, as a result of which enrichment takes place as soon as the probe signal has jumped to lean, and is thinned out as soon as it has jumped to rich.
  • the control factor FR reaches the value 1
  • FIG. 2c shows not only the time course of the control factor, but also the time course of the lambda value on the injection side.
  • the time course of the lambda value on the exhaust gas side according to FIG. 2c is shifted by the dead time TT.
  • FIGS. 3 and 4 corresponds to that of FIG. 2c, however with the addition that instead of the course of the lambda signal for a single control loop, the courses for two control loops are shown.
  • the lambda signal is ⁇ . II for the second control loop is shifted from the lambda signal ⁇ lst.I for the first control loop by a phase shift PS which corresponds to half the oscillation period SP. 4, however, the phase shift PS is only a quarter of an oscillation period.
  • the mixture in the first control loop reaches the greatest value in the rich direction when the mixture in the second control loop reaches the greatest value in the lean direction and vice versa.
  • the lambda values are opposite each other with respect to the lambda value 1.
  • the consequence of this for the lambda value ⁇ .18 in the collecting channel 18 is that it remains essentially at the value 1.
  • the phase shift is more or less - as shown in FIG. 4 as a half oscillation period
  • the oscillation amplitude of the lambda value of the mixed exhaust gas can be determined by the extent of the phase shift.
  • the value to be used in practice depends on the properties of the type of catalyst used in each case.
  • the method according to FIG. 1 has a phase calculation step 23 which calculates the phase shift between the two control loop oscillations from the control deviation signals RAW.I and RAW.II.
  • the actual phase shift value is compared in a phase correction step with the target phase shift value, and in the event of a deviation, the phase of one oscillation is shifted relative to the other in such a way that the desired phase shift value is set.
  • FIGS. 5 to 11. 5-8 relate to the method according to FIG. 1, while FIGS. 10 and 11 relate to a modified method which is explained further below with reference to FIG. 9.
  • phase-shifted control actuators (corresponding to FIG. 2b) are no longer shown, but phase-shifted.
  • the course of the control factor FR.I and the course of the control factor FR. II shown in broken lines.
  • the course of the respective reference phase is shown in dashed lines. Reference points, from which the phase shift is measured, are given by dots shown in bold. In all cases it is assumed that the target phase shift should correspond to half an oscillation period. 5a and 6 are discussed first. In both cases, the phase of the signal FR.I is the reference phase and the jump in lambda from lean to rich is the reference point. This corresponds to the reversal point in the control factor from increasing to decreasing.
  • the course of the signal FR. II determined.
  • the reversal point is not triggered directly by the jump in the associated probe signal, but with the help of the reference point in signal FR.I.
  • this takes place when the signal FR is lagging. II in that it is determined at the reference time that for the signal FR. II the associated probe signal has not yet jumped.
  • the time 4 HP is measured, which passes until the probe signal belonging to the signal FR.II jumps. If this jump time were not delayed by the time period ⁇ PS compared to the reference point, but rather without delay, the signal FR.II would have already increased by the value 4 PS x IV in the time period dPS, IV being the rate of integration.
  • FIG. 5b like FIG. 5a, relates to the case of the lagging signal FR. II. However, the correction is carried out differently than according to FIG. 5a.
  • the reference point occurs in signal FR.I namely determined the value on which the signal FR. II stands straight. This is compared with the value that the signal FR.II should have at its lower reversal point. If Ger measured value does not match the expected value, the signal FR.II is set to the expected value.
  • Fig. 7 largely corresponds to Fig. 5a, but with the difference that the undesired phase shift ⁇ PS is about twice as large as in the case of Fig. 5a.
  • the correction value ⁇ PS x IV is quite high. If this correction were carried out in a single step, this could lead to restless driving behavior. It is therefore provided according to FIG. 7 that instead of a single large correction step, two smaller correction steps are used, each of which corresponds to the value ⁇ PS x IV / 2.
  • the individual correction steps are carried out in predetermined successive periods, z. B. with each computer cycle to calculate the control factors, in the case of implementation by a microcomputer.
  • phase shift TT applies equally to both control factor signals FR.I and FR.II, so that it has no influence whatsoever on a mutual shift of these two signals to one another.
  • the phase shift can therefore not only be calculated with the aid of the step signals from the lambda probes 17.I and 17.II, but also the control factors FR.I and FR.II can be compared directly with one another. This is shown in Fig. 9.
  • the phase calculation step 23 contains the values of the control factors FR.I and FR.
  • phase correction step 24 instead of the values of the control deviations RAW.I and RAW.II are supplied.
  • a solid line leads to phase from the phase correction step 24 Step 21. II, on the other hand a dashed line to regulation step 21.I.
  • the phase correction step 24 must deliver a correction value to the first control step 21.I and another time to the control step 21.II.
  • the reference point lies on the auxiliary line for the value mentioned.
  • the reference point is the point in time at which one of the two signals FR.I and FR. II first reached the value 1.
  • this is the signal FR.I because the signal FR. II lags.
  • Fig. 11 the reverse is the case.
  • the time period ⁇ PS is measured in each case, which takes place between the passage of the earlier signal by the value 1 and the passage of the later signal by this value. Accordingly, the lagging signal FR.
  • the signal FR.I is increased by the value .DELTA.PS x IV with the lapse of the time interval .DELTA.PS in order to lag behind the signal FR. II fix.
  • the correction step can be broken down into a number of individual steps if a single correction step would be undesirably large.
  • a device for executing the described methods and also other methods operating according to the general principle shown is preferably provided by a microcomputer to which the signals of the two lambda sensors are fed and which has two means for two-point control, a means for determining the actual phase shift and has a means for setting the target phase shift between the two control loops. If there are more than two control loops with associated lambda probes, the device has a means for determining the actual phase shift as they exist between the control oscillations, which are generated by two means for two-point control, and the means for setting the desired phase shifts designed so that it maintains a target phase shift between two associated control loops.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung mit mehreren Sonden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Lambdasonden.
Stand der Technik
Mehrere Lambdasonden an einer Brennkraftmaschine werden in zwei grundsätzlich verschiedenen Anordnungen verwendet. Bei der einen Anordnung befinden sich die mehreren Sonden im Abgaskanal der Brennkraftmaschine an aufeinanderfolgenden Stellen. Bei der anderen Anordnung sind die Lambdasonden an jeweils gleichartiger Position in verschiedenen Teilkanälen des Abgaskanalsystems angebracht. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der letztgenannten Art.
Eine derartige Anordnung ist zum Beispiel für die Verfahren und Vorrichtungen gemäß DE-A1-22 55 874 (US-401 195 ) und DE-A1-27 13 988 ( US- 4.231.334) vorgesehen. Jeweils eine Lambdasonde ist im Abgasteilkanal jeweils einer Hälfte eines V-Motores vor derjenigen Ste l l e angeordnet, bevor die beiden Teilkanäle zu einem Sammelrohr zusammengeführt sind, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Beim Verfahren gemäß der DE-A1-22 55 874 dienen die Signale der beiden Sonden dazu, Istwerte für zwei getrennte Regelkreise zu liefern, von denen jeweils einer einer Motorhälfte zugeordnet ist. Beim Verfahren gemäß der DE-A1 27 13 988 dienen die Signale beider Sonden als Istwerte für einen einzigen Regelkreis. Abhängig von der Art der Signale von den beiden Sonden wird entschieden, ob der Regler den Stellwert erhöht, erniedrigt oder unverändert läßt. Außerdem wird abhängig von einer summierten Regelabweichung der Stellwert so gewobbelt, daß das Gemisch überlagert zur üblichen Schwingung des Zweipunktreg l ers dauernd und schnell zwischen f ett und mager wechselt.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen dienen dazu, Luft/Kraftstoff-Gemische zu liefern, die zu Abgas solcher Art führen, daß im Abgas noch vorhandene Schadstoffe durch einen Katalysator optimal konvertiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Lambdasonden in gleichartiger Position anzugeben, das noch bessere Schadstoffkonvertierung erlaubt als bisherige Verfahren. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens anzugeben.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 8 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 - 7.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens zwei unterschiedliche Luft/Kraftstoff-Gemische für unterschiedliche Zylinder in unterschiedlichen Regelkreisen zweipunktgeregelt werden und zwischen den Regelschwingungen Soll-Phasenverschiebungen eingestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens ein Mittel zur Zweipunktregelung, ein Mittel zum Bestimmen der Ist-Phasenverscnleoung und ein Mittel zum Einstellen der Soll-Phasenverschiebung zwischen jeweils zwei Regelkreisen auf.
Die Erfindung nutzt folgende Überlegung. Bei einer ZweipunkiLambdaregelung führt der Lambdawert dauernd Schwingungen zwischen fett und mager aus. Je größer die Amplitude dieser Schwingungen ist, desto geringer ist die relative Schadstoffkonvertierung des Kata¬lysators. Werden nun statt eines Regelkreises zwei Regelkreise verwendet, muß es möglich sein, die Schwingungen in den beiden Kreisen so aneinander anzupassen, daß das Gemisch im einen Regelkreis gerade in Richtung fett schwingt, wenn das Gemisch im anderen Regelkreis in Richtung mager schwingt. Die Abgase des fetten Gemisches und des mageren Gemisches kommen im Sammelrohr vor dem Kataly s ato r zusammen und führen dort zu Abgas mit etwa dem Lambdawert 1. Der Lambdawert des Abgases wird kaum noch eine Schwingung ausführen, wenn die Phasenverschiebung etwa eine halbe Schwingungsperiode beträgt Ist sie mehr oder weniger, kommt es zwar noch zu einer Schwingung des Lambdawertes, jedoch mit erheblich geringerer Amplitude als sie ohne Phasenverschiebung der beiden Regelschwingungen vorhanden ist. Durch das Ausmaß der Phasenverschiebung läßt sich die Amplitude festlegen. Eine geringe Restschwingung ist bei manchen Katalysatoren wünschenswert, da diese nur dann optimal arbeiten, wenn sie während jeweils einer Halbperiode der Regelschwingung oxidierend und während der anderen Halbperiode reduzierend arbeiten können.
Die eingangs erwähnten bekannten Verfahren sind für Motoren bestimmt, bei denen aufgrund ihres Aufbaues sehr lange Abgas teilkanäle bestehen, also insbesondere für V-Motoren. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt dagegen bei allen Arten von Motoren Vorteile, also auch z. B. bei einem VierzylinderReihenmotor. Es kann dort in jedem Auslaßstutzen eine Sonde angeordnet sein, der jeweils ein Regelkreis zugeordnet ist. Die Phasenverschiebungen zwischen den vier Regelkreisen werden so eingestellt, daß im Sammelkanal gemischtes Abgas mit im wesentlichen dem Lambdawert 1 entsteht, oder daß aus dem oben genannten Grund noch eine geringe Lambda-Restschwingung im gemischten Abgas vorhanden ist.
Die Phasenkorrektur läßt sich dann besonders einfach vornehmen, wenn dauernd auf die Phase eines bestimmten Regelkreises Bezug genommen wird. Schneller wird die Regelung dagegen, wenn variabel jeweils auf die früheste Schwingung bezogen wird.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein als Blockschaltbild dargestelltes Verfahren zur Lambdaregelung mit zwei Sonden und zwei Regelkreisen, zwischen denen eine vorgegebene Phasenverschiebung eingestellt wird;
Fig. 2a - c zeitkorrelierte Diagramme des Signales von einer Lambdasonde, des zugehörigen Stellwertes und des tatsächlichen Lambdawertes am Ort der Sonde;
Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Lambdawertes von zwei Einzelabgasen und des Lambdawertes des gemischten Abgases bei einer Phasenverschiebung von einer halben Schwingungsperiode; Fig. 4 ein Diagramm entsprechend dem von Fig. 3, jedoch mit einer Phasenverschiebung von weniger als e i n e r halben Schwingungsperiode;
Fig. 5a und b Diagramme der zeitlichen Verläufe zweier Stellwerte mit zwei unterschiedlichen Arten der Phasenverschiebung für ein verspätetes Signal;
Fig. 6 ein Diagramm entsprechend dem von Fig. 5a, jedoch betreffend die Phasenverschiebung eines voreilenden Signales;
Fig. 7 ein Diagramm entsprechend dem von Fig. 5a, jedoch mit einer größeren Phasenverschiebung und mit einer Korrektur der Phase in zwei Schritten;
Fig. 8a und b Diagramm entsprechend denen von Fig. 5a bzw. b, wobei jedoch die voreilende Phase Bezugsphase ist;
Fig. 9 ein als Blockschaltbild dargestelltes Teilverfahren zur Phasenberechnung und Phasenkorrektur, bei dem von Stellwerten statt von Regelabweichungen, wie beim Verfahren von Fig. 1, ausgegangen wird;
Fig. 10 ein Diagramm betreffend den zeitlichen Verlauf der der Stellwerte von zwei phasenverschobenen Regelkreisen, wobei ein S ign a l nacheilt; und
Fig. 11 ein Diagramm entsprechend dem von Fig. 10, wobei jedoch das dort nacheilende Signal nun voreilt. Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Das Verfahren gemäß dem Blockdiagramm von Fig. 1 arbeitet an einer Brennkraftmaschine 12 mit einer ersten Zylinderbank 13.I und einer zweiten Zylinderbank 13. II. Im Ansaugkanal 14.I für die erste Zylinderbank 13.I ist eine erste Einspritzventilanordnung 15.I vorhanden. Eine entsprechende zweite Einspritzventi lanordnung 15.II liegt im zweiten Ansaugkanal 14.II. Im Abgasteilkanal 16.I ist eine erste Lambdasonde 17.1 und entsprechend im zweiten Abgasteilkanal 16.II eine zweite Lambdasonde 17.2 angeordnet. Die beiden Abgasteilkanäle münden in einen Sammelkanal 18, in dem ein Katalysator 19 angeordnet ist.
Im folgenden wird in groben Zügen unter zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 2 das Verfahren zum Regeln der Gemischzusammensetzung für die erste Zylinderbank 13.I erläutert. Der ersten Einspritzventilanordnung 15.I wird ein erstes Einspritzzeitsignal TI.I zugeführt, das durch Multiplikation eines Signales TIV (n, L) für eine vorbestimmte Einspritzzeit mit einem Regelfaktor FR.I in einem Multiplikationsschritt 20.I gebildet ist. Der Regelfaktor FR.I ist der von einem Regelungsschritt 21.I auf ein Regelabweichungssignal RAW.I hin ausgegebene Stellwert. Der Regelabweichungswert RAW.I wird dadurch gebildet, daß von einem Lambdasollwert das Signal Lambda-Ist.I von der ersten Lambdasonde 17.I in einem Subtraktionsschritt 22.I abgezogen wird.
Entsprechende Verfahrensschritte werden im Regelkreis durchgeführt, der das der zweiten Zylinderbank 13.II zugeführte Gemisch einstellt. Tatsächliche Regelkreise sind erheblich verfeinert aufgebaut. Insbesondere sind verschiedene Störgrößen-Korrekturschritte vorhanden, und es werden Adaptionsverfahren genutzt, die eine dauernde Anpassung verschiedener Korrekturwerte an sich verändernde Bedingungen zum Zweck haben. Das Signal λS einer Lambdasonde, wie sie für Zweipunktregelung eingesetzt wird, weist Sprungverhalten vom Übergang von fett nach mager auf, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist. Der tatsächliche Verlauf von Lambda, der zu diesem Sprungsignal führt, ist in Fig. 2c dargestellt. Zum Verständnis, wie der tatsächliche Signal verlauf zustandekommt, dient Fig. 2b, die den zeitlichen Ablauf eines Regelfaktors FR zeigt, sei es nun der Regelfaktor FR.I für den ersten Regelkreis oder der Faktor FR. II für den zweiten Regelkreis. Wenn das Sondensignal λS von fett nach mager oder umgekehrt springt, durchläuft das Regelabweichungssignal RAW den Wert 0 in der einen oder anderen Richtung. Beim Durchlauf durch 0 ändert sich die Integrationsrichtung des Regelungsschrittes 21, wodurch angefettet wird, sobald das Sondensignal auf mager gesprungen ist, und abgemagert wird, sobald es auf fett gesprungen ist. Sobald der Regelungsfaktor FR den Wert 1 erreicht, weist das einer Zylinderbank zugeführte Gemisch den Lambdawert 1 auf, vorausgesetzt, der Vorsteuerwert TIV (n, L) (n = Drehzahl; L = last-anzeigendes Signal) ist richtig bestimmt, was hier angenommen ist. Bei weiterem Hochintegrieren des Regelungsfaktors FR stellt sich ein fetter Lambdawert ein. Dieser wird jedoch erst um eine Totzeit TT verzögert von der Lambadsonde gemessen, was durch die nacheilende Phasenverschiebung TT des Sondensignales λS gegenüber dem Regelungsfaktorsignal FR aus den Fig. 2a und b erkennbar ist. Dieselbe Phasenverschiebung weist der Signalverlauf gemäß Fig. 2c gegenüber dem von Fig. 2b auf. Ansonsten sind die Signal verlaufe der Fig. 2c und b identisch dargestellt. Dies liegt darin begründet, daß bei korrekt bestimmtem Vorsteuerwert und ohne weitere Korrekturmaßnahmen der Lambdawert auf der Einspritzseite mit dem Wert des Regelungsfaktors FR übereinstimmt. Fig. 2b stellt unter diesen Voraussetzungen also nicht nur den zeitlichen Verlauf des Regelungsfaktors, sondern auch den zeitlichen Verlauf des Lambdawertes auf der Einspritzseite dar. Der zeitliche Verlauf des Lambdawertes auf der Abgasseite gemäß Fig. 2c ist demgegenüber um die Totzeit TT verschoben. Bei tatsächlichem Betrieb sind auch die Wendepunkte etwas abgeflacht, worauf es zur Erläuterung des Folgenden jedoch nicht ankommt.
Die Darstellung der Figuren 3 und 4 entsprechen der von Fig. 2c jedoch mit der Ergänzung, daß statt des Verlaufs des Lambdasignales für einen einzigen Regelkreis die Verläufe für zwei Regelkreise dargestellt sind. Bei Fig. 3 ist angenommen, daß das Lambdasignal λ Ist. II für den zweiten Regelkreis gegenüber dem Lambdasignal λlst.I für den ersten Regelkreis um eine Phasenverschiebung PS verschoben ist, die der halben Schwingungsperiode SP entspricht. In Fig. 4 beträgt die Phasenverschiebung PS dagegen nur eine viertel Schwingungsperiode. Bei Verschiebung um eine halbe Periode erreicht das Gemisch im ersten Regelkreis gerade dann den größten Wert in Richtung fett, wenn das Gemisch im zweiten Regelkreis den größten Wert in Richtung mager erreicht und umgekehrt. Auch für den übrigen zeitlichen Verlauf gilt, daß die Lambdawerte jeweils in Bezug auf den Lambdawert 1 zueinander entgegengesetzt sind. Dies hat für den Lambdawert λ.18 im Sammelkanal 18 zur Konsequenz, daß er im wesentlichen dauernd auf dem Wert 1 bleibt. Beträgt die Phasenverschiebung dagegen mehr oder weniger - wie in Fig. 4 dargestellt als eine halbe Schwingungsperiode, schwingt auch der Lambdawert A-18 des gemischten Abgases im Sammelkanal 18 um den Wert Lambda = 1. Dies jedoch mit geringerer Amplitude als sie der Amplitude der Einzelsclαwingungen entspricht. Durch, das Ausmaß der Phasenverschiebung läßt sich die Schwingungsamplitude des Lambdawertes des gemischten Abgases festlegen. Der in der Praxis zu verwendende Wert hängt von den Eigenschaften des jeweils verwendeten Katalysatortyps ab. Benötigt dieser für abwechselndes Oxidieren und Reduzieren eine gewisse Schwingungsamplitude des Lambdawertes wird eine entsprechende zugehörige Lambdaverschiebung eingestellt. Benötigt der Katalysator keine Lambdawertschwingung, ist eine Phasenverschiebung von einer halben Schwingungsperiode bevorzugt.
Um eine Phasenverschiebung in der beschriebenen Art vornenmen zu können, weist das Verfahren gemäß Fig. 1 einen Phasenberechnungsschritt 23 auf, der aus den Regelabweichungssignalen RAW.I und RAW.II die Phasenverschiebung zwischen den beiden Regelkreisschwingungen berechnet. Der Ist-Phasenverschiebungswert wird in einem Phasenkorrekturschritt mit dem Soll-Phasenverschiebungswert verglichen, und im Falle einer Abweichung wird die Phase der einen Schwingung gegenüber der anderen so verschoben, daß sich der gewünschte Phasenverschiebungswert einstellt.
Einige Möglichkeiten zum Berechnen und Korrigieren der Phasenverschiebung werden nun anhand der Figuren 5 - 11 erläutert. Die Fig. 5 - 8 beziehen sich dabei auf das Verfahren gemäß Fig. 1, während sich die Fig. 10 und 11 auf ein modifiziertes Verfahren beziehen, das weiter unten anhand von Fig. 9 erläutert wird.
Die Signa 1verlaufe der Fig. 5 - 8 sowie 10 und 11 unterscheiden sich von denen der Fig. 3 und 4 dadurch, daß nicht mehr phasenverschobene Lambdawerte, sondern phasenverschobene Regelf aktoren (entsprechend Fig. 2b) dargestellt sind. In allen genannten Figuren ist der Verlauf des Regelfaktors FR.I durchgezogen und der Verlauf des Regelfaktors FR. II strichpunktiert dargestellt. Der Verlauf der jeweiligen Bezugsphase ist gestrichelt eingezeichnet. Bezugspunkte, ab denen die Phasenverschiebung gemessen wird, sind durch dick dargestellte Punkte gegeben. In allen Fällen ist davon ausgegangen, daß die Soll-Phasenverschiebung einer halben Schwingungsperiode entsprechen soll. Es seien zunächst die Fig. 5a und 6 besprochen. In beiden Fällen Ist die Phase des Signales FR.I Bezugsphase, und der Sprung von Lambda von mager nach fett ist Bezugspunkt. Dies entspricht dem Umkehrpunkt im Regelungsfaktor von zunehmend nach abnehmend. Zu jedem dieser Zeitpunkte im Signal FR.I wird der Verlauf des Signales FR. II ermittelt. Für dieses Signal wird der Umkehrpunkt nicht direkt durch den Sprung im zugehörigen Sondensignal, sondern mit Hilfe des Bezugspunktes im Signal FR.I getriggert. Gemäß Fig. 5a erfolgt dies bei nacheilendem Signal FR. II dadurch, daß im Bezugszeitpunkt festgestellt wird, daß für das Signal FR. II das zugehörige Sondensignal noch nicht gesprungen ist. Es wird dann die Zeit 4 PS gemessen, die vergeht, bis das zum Signal FR.II gehörige Sondensignal springt. Wäre dieser Sprungzeitpunkt nicht um d i e Zeitspanne Δ PS gegenüber dem Bezugspunkt verzögert, sondern vielmehr unverzögert, wäre das Signal FR.II in der Zeitspanne dPS bereits um den Wert 4 PS x IV gestiegen, wobei IV die Integrationsgeschwindigkeit ist. Das Signal FR. II wird daher mit Ablauf der Zeitspanne 4PS um den genannten Wert 4 PS x IV erhöht, wodurch das Nacheilen beseitigt ist. Bei vorauseilendem Signal FR. II tritt für dieses der Sondensprung von fett nach mager vor dem Sondensprung von mager nach fett für das Signal FR.I auf. In diesem Fall wird die Umkehr des Signales FR. II noch nicht zugelassen, sondern dessen Wert wird weiter erniedrigt und zwar so lange, bis das Signal FR.I in seiner Änderungsrichtung umgekehrt wird, also den Bezugspunkt erreicht. Die verstrichene Zeitspanne ist auch in Fig. 6 als Δ PS bezeichnet. Mit Auftreten des Bezugspunktes wird auch im Fall des Voreilens das Signal FR. II um den Wert Δ PS x IV angehoben, wodurch die unerwünschte Phasenverschiebung Δ PS behoben ist.
Fig. 5b betrifft genau wie Fig. 5a den Fall des nacheilenden Signales FR. II. Die Korrektur erfolgt jedoch anders als gemäß Fig. 5a. Bei Auftreten des Bezugspunktes im Signal FR.I wird nämlich der Wert ermittelt, auf dem das Signal FR. II gerade steht. Dies wird mit dem Wert verglichen, den das Signal FR.II in seinem unteren Umkehrpunkt aufweisen müßte. Stimmt Ger gemessene Wert nicht mit dem erwarteten überein, wird das Signal FR.II auf den erwarteten Wert gesetzt. Der erwartete Wert kann z. B. der Umkehrwert in der vorigen Schwingung sein, oder es kann der am Wert Lambda = 1 gespiegelte Wert des Bezugspunktes für das Signal FR.I sein.
Fig. 7 entspricht weitgehend Fig. 5a, jedoch mit dem Unterschied, daß die unerwünschte Phasenverschiebung Δ PS etwa doppelt so groß ist wie im Fall von Fig. 5a. Dies hat zur Folge, daß sich als Korrekturwert Δ PS x IV ein recht hoher Wert ergibt. Würde diese Korrektur in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, könnte dies zu unruhigem Fahrverhalten führen. Daher ist gemäß Fig. 7 vorgesehen, daß statt eines einzigen großen Korrekturschrittes zwei kleinere Korrekturschritte angewendet werden, von denen jeder dem Wert Δ PS x IV/2 entspricht. Die einzelnen Korrekturschritte werden in vorgegebenen aufeinanderfolgenden Zeitspannen ausgeführt, z. B. mit jedem Rechnerzyklus zum Berechnen der Regelfaktoren, im Falle der Realisierung durch einen Mikrocomputer.
Für die Darstellungen gemäß den Fig. 8a und b ist davon ausgegangen, daß nicht mehr dauernd auf die Phase der Schwingung FR.I bezogen wird, sondern daß Bezugnahme jeweils auf das früheste Signal erfolgt. Im Fall der Fig. 8a und b ist dies das Signal FR. II, da es, entsprechend der Darstellung von Fig. 6, dem Signal FR.I vorauseilt. Dasjenige Signal, für das zuerst ein Sprung im zugehörigen Sondensignal auftritt, setzt eine Zeitmessung auf 0, die die Zeitspanne Δ PS mißt, die vergeht, bis auch das Sondensignal für das andere Regelfaktorsignal springt. Die Fig. 5a und 8a unterscheiden sich somit nur dadurch, daß bei Fig. 8a der Bezugspunkt auf dem vorauseilenden Signal FR. II liegt. Sobald mit Ablauf der Zeitspanne Δ PS das Sondensignal für das Signal FR.I scringt, wird dessen Wert um den Korrekturwert Δ PS x IV erniedrigt. Würde zu einem späteren Zeitpunkt wieder das Signal FR. II gegenüber dem Signal FR.I nacheilen, würde sich ein Bild gemäß Fig. 5a ergeben. So wie sich die Fig. 8a und 5a entsprechen, entsprechen sich die Fig. 8b und 5b. Gemäß Fig. 8b wird nämlich das Signal FR.I auf die erwartete Amplitude gehoben, sobald das zum Regelfaktorsignal FR. II gehörige Sondensignal von fett nach mager springt.
In den Fig. 5 und 6 ist somit davon ausgegangen, daß das Signal FR.I dauernd das Bezugssignal zum Feststellen der Phasenverschiebung bildet. Demgegenüber ist im Verhältnis der Fig. 5 und 8 davon ausgegangen, daß jeweils der früheste Sondensprungpunkt Bezugspunkt ist. In allen Fällen wurde davon ausgegangen, daß jeweils nur eine bestimmte Sprungrichtung für das Sondensignal zur Bezugspunktbildung verwendet wird, jedoch kann jeder Sondensprung herangezogen werden.
Wie oben anhand der Fig. 2a und b erläutert, besteht zwischen dem Regelabweichungssignal RAW und dem Regelfaktorsignal FR eine feste Phasenverschiebung des Wertes der Totzeit TT. Diese Phasenverschiebung TT gilt für beide Regelfaktorsignale FR.I und FR.II gleichermaßen, so daß sie keinerlei Einfluß auf eine gegenseitige Verschiebung dieser beiden Signale zueinander hat. Das Berechnen der Phasenverschiebung kann somit nicht nur mit Hilfe der Sprungsignale von den Lambdasonden 17.I und 17.II erfolgen, sondern es können auch direkt die Regelfaktoren FR.I und FR.II miteinander verglichen werden. Dies ist in Fig. 9 dargestellt. Der Unterschied zum entsprechenden Teil der Darstellung von Fig. 1 besteht nur darin, daß dem Phasenberechnungsschritt 23 die Werte der Regelfaktoren FR.I und FR. II statt die Werte der Regelabweichungen RAW.I und RAW.II zugeführt werden. Auch in Fig. 9 führt vom Phasenkorrekturschritt 24 eine durchgezogene Linie zum Rege lungsschritt 21. II, dagegen eine gestrichelte Linie zum Regelungsschritt 21.I. Dies soll andeuten, daß es in alleFällen entweder möglich ist, eines der Regelfaktorensignale, im Beispielsfall das Regelfaktorsignal FR.I, festzunaiten und nur das andere zu korrigieren (Fig. 5 und 6), oder daß es möglich ist, jeweils auf das früheste Signal Bezug zu nehmen und das jeweils andere zu korrigieren. In diesem Fall muß der Phasenkorrekturschritt 24 einmal einen Korrekturwert Zum ersten Regelungsschritt 21.I und ein anderes Mal zum Regelungsschritt 21. II liefern.
Um die Phasenverschiebung zwischen den Regelungsfaktorsignalen FR.I und FR. II zu ermitteltn, es es günstig, auf den Durchlauf durch den festen Wert 1 abzuheben. Entsprechend liegt in den Darstellungen der Fig. 6 und 11 der Bezugspunkt auf der Hilfslinie für den genannten Wert. Bezugspunkt ist jeweils derjenige Zeitpunkt, zu dem eines der beiden Signale FR.I und FR. II als erstes den Wert 1 erreicht. In Fig. 10 ist dies das Signal FR.I, da das Signal FR. II nacheilt. In Fig. 11 ist es umgekehrt. Es wird jeweils die Zeitspanne Δ PS gemessen, die zwischen dem Durchgang des früheren Signales durch den Wert 1 und dem Durchgang des späteren Signales durch diesen Wert erfolgt. Entsprechend wird in Fig. 10 das nacheilende Signal FR. II um den Wert Δ PS x IV erniedrigt, damit es denjenigen niederen Wert erreicht, den es eingenommen hätte, wenn es im abnehmenden Zustand bereits um die Zeitspanne Δ PS früher durch den Wert 1 gelaufen wäre, also rechtzeitig mit dem Durchlauf von FR.I von unten nach oben. Umgekehrt wird beim Ablauf gemäß Fig. 11 das Signal FR.I mit Ablauf der Zeitspanne Δ PS um den Wert Δ PS x IV erhöht, um sein Nacheilen gegenüber dem Signal FR. II zu beheben. Auch in Fallen gemäß denen der Fig. 10 und 11 kann der Korrekturschritt in mehrere Einzelschritte zerlegt werden, falls ein einzelner Korrekturschritt unerwünscht groß wäre. Unter den beschriebenen Verfahren haben diejenigen, die einen der Signalverläufe der Regelungsfaktoren als dauernden Bezugsverlauf verwenden, den Vorteil der Einfachheit. Dagegen sind diejenigen Verfahren schneller, die jeweils auf die früheste Pnase Bezug nehmen. Die Korrektur braucht nicht notwendigerweise in Sprüngen zu erfolgen, sondern sie kann auch dadurch erfolgen, daß die Integrationszeiten verändert werden, mit denen die Regelabweichungswerte zum Bilden der Regelfaktoren integriert werden.
Eine Vorrichtung zum Ausführen der beschriebenen Verfahren und auch anderer, nach dem allgemeinen dargestellten Prinzip arbeitender Verfahren, ist vorzugsweise durch einen Mikrocomputer gegeben, dem die Signale der beiden Lambdasonden zugeführt werden und der zwei Mittel zur Zweipunktregelung, ein Mittel zum Bestimmen der Ist-Phasenverschiebung und ein Mittel zum Einstellen der Soll-Phasenverschiebung zwischen den beiden Regelkreisen aufweist. Sind mehr als zwei Regelkreise mit zugehörigen Lambdasonden vorhanden, weist die Vorrichtung ein Mittel zum Bestimmen der Ist-Phasenverschiebung auf, wie sie zwischen den Regelschwingungen bestehen, die von jeweils zwei Mitteln zur Zweipunktregelung erzeugt werden, und das Mittel zum Einstellen der Soll-Phasenverschiebungen ist so ausgebildet, daß es jeweils eine Soll-Phasenverschiebung zwischen zwei zugehörigen Regelkreisen aufrechterhält.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Lambdasonden in gleichartiger Position, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , daß
- mindestens zwei unterschiedliche Luft/Kraftstoff-Gemische für unterschiedliche Zylinder in unterschiedlichen Regelkreisen zweipunktgeregelt werden und
- zwischen den Regelschwingungen Soll-Phasenverschiebungen eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d adu rc h gekenn z e i c h n e t , daß die Phase eines der Regelkreise dauernd als Bezugsphase verwendet wird und die Phasenverschiebungen der anderen Regelkreise über Korrekturwerte eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils die früheste Phase als Bezugsphase verwendet wird und die Phasenverschiebungen der anderen Regelkreise über Korrekturwerte eingestellt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Phasenanpassung durch Addie ren oder Subtrahieren des jeweiligen Korrekturwertes erfolgt, der sich aus dem Produkt von Phasenverschiebungsdifferenzen und der Regel-Integratlonsgröße bestimmt, wobei die Phasenverschiebungsdifferenz die zeitliche Differenz zwischen gemessener und vorgegebener Phasendifferenz ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Korrekturwert beim überschreiten eines Maximalwertes in mehrere Einzelwerte zerlegt wird, von denen jeder maximal dem Maximalwert entspricht, und daß diese Einzelwerte mit gegenseitigem zeitlichem Versetzen addiert oder subtrahiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeitversatz einem Rechenzyklus eines Mikrocomputers entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Regelkreisen eine Phasenverschiebung von etwa einer halben Schwingungsperiode eingestellt wird.
8. Vorrichtung zur Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Lambdasonden in gleichartiger Position, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- mindestens zwei Mittel zur Zweipunktregelung,
- ein Mittel zum Bestimmen der Ist-Phasenverschiebung zwischen den Regelschwingungen, wie sie von jeweils zwei Mitteln zur Zweipunktregelung erzeugt werden, und
- ein Mittel zum Einstellen der Soll-Phasenverschiebung zwischen jeweils zwei Regelkreisen.
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