EP0377596A1 - Verfahren und einrichtung zur kraftstoffzumessung bei einer diesel-brennkraftmaschine. - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur kraftstoffzumessung bei einer diesel-brennkraftmaschine.

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EP0377596A1
EP0377596A1 EP19880907093 EP88907093A EP0377596A1 EP 0377596 A1 EP0377596 A1 EP 0377596A1 EP 19880907093 EP19880907093 EP 19880907093 EP 88907093 A EP88907093 A EP 88907093A EP 0377596 A1 EP0377596 A1 EP 0377596A1
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control
lambda
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/32—Air-fuel ratio control in a diesel engine

Definitions

  • the invention is based on a method for fuel metering according to the preamble of claim 1.
  • the amount of fuel required for the respective operating state of a diesel internal combustion engine is generally dependent on the speed of the machine and on the accelerator pedal position - possibly also depending on other variables - determined. Since there is excess air, the amount of fresh air drawn in plays only a minor role. However, demands for a reduction in harmful exhaust gases and the lowest possible particle emissions in internal combustion engines led to the amount of fresh air drawn in also being included in the determination of the amount of fuel in diesel engines.
  • DE-OS 28 03 750 a method and a device are known which take into account the amount of fresh air drawn in when determining the amount of fuel.
  • the accelerator pedal position which signals a fuel quantity request
  • the air quantity and fuel quantity are precontrolled.
  • the exact values are taken from multi-dimensional maps.
  • the air and fuel quantities are then regulated to these exact values.
  • the amount of fuel is limited by the limits stored in the maps.
  • the air to fuel ratio (lambda) particularly affects these limitations with regard to particle emissions.
  • Corresponding lambda values are stored in the maps.
  • the object of the invention is to provide a method and a device with which an age-related increased particle emission is avoided. This object is achieved with a method with the characterizing features of the main claim.
  • the method with the features of the main claim has the advantage over the prior art that the actual Lamba value is measured directly and used in full-load operation to regulate the maximum permissible fuel quantity.
  • Another advantage lies in the simple way of replacing conventional lambda control of the fuel quantity through a minimum value selection.
  • the influence of system-related dead times is reduced by fast control up to a "trap curve" and subsequent slow lambda control. Further advantages and refinements of the invention result from the measures specified in the subclaims.
  • Figure 1 shows a block diagram in which the essential elements for fuel quantity control and for fuel quantity regulation are contained
  • Figure 2 the essential elements required for regulating the maximum permissible fuel quantity are shown
  • Figure 3a shows the time course of different fuel quantity signals
  • Figure 3b shows the time course of the Lambda probe signals
  • Figure 3c shows the time course of the start signal for the ramp
  • Figure 4 illustrates the dependence of the ramp slope on the speed of the internal combustion engine.
  • a diesel engine is identified by 100 in FIG. Fresh air is supplied to this engine via an intake pipe labeled 101. The exhaust gases are discharged via the exhaust line 102.
  • a fuel pump is identified by 110. The fuel pump is connected to an actuator 111.
  • 112 is a sensor that either measures the control path of a control rod attached to the pump 110 or the closing time of a solenoid valve. The output signal of the sensor 112 is fed to the sum point in 111.
  • a further input signal of the control controller 111 is the output signal of the pump characteristic map identified by 113.
  • At 120 is a Lambda probe attached in the exhaust pipe of the internal combustion engine.
  • the output signal of the lambda probe is fed to an evaluation circuit 121, the output signal of which is fed to a lambda controller 122 as an actual value.
  • the setpoint is taken from a lambda limitation, designated 123, which depends on several operating parameters, generally designated 124.
  • the minimum value selection levels are marked with 125, 134 and 138.
  • 130 denotes an idle controller which is driven by a signal labeled 131.
  • 132 is a driving behavior map in which the amount of fuel to be supplied to the internal combustion engine is determined as a function of input variables 133.
  • 140 denotes a block which, after initialization, emits a ramp-shaped output signal by means of a signal 142. The slope of the ramp depends more than 141 on the speed of the internal combustion engine.
  • the output signal of block 140 is fed to a summation point 137, to which the output signal of a torque precontrol labeled 135 is fed as a further variable. Via 136, the torque pre-control depends
  • the device described works as follows: In the operating states start, idling and partial load, the amount of fuel to be fed to the internal combustion engine remains unaffected by the lambda control. Depending on the operating state, the internal combustion engine becomes a quantity of fuel that is determined either by the idle speed control 130, by the torque precontrol 135, or by the driving behavior map 132. Which of the possible fuel quantities will ultimately be fed to the machine depends on the minimum value selection stages 125, 134 and 138. The output signal of the minimum value selection 138 is fed to a pump map 113. In the pump map, the fuel quantity signal is supplied with a control signal for the control controller 111 which is dependent on operating parameters arranges. The control controller 111 regulates the amount of fuel corresponding to the signal from the pump map 113.
  • the elements pump 110, sensor 112 and actuator 111 form a closed control loop.
  • the full load limitation with the aid of the lambda control is illustrated in FIGS. 2 and 3 explained.
  • FIG. 2 shows a block diagram in which only the elements required for the lambda control are contained.
  • the same reference numerals designate the same elements.
  • the torque precontrol 135 outputs a fuel quantity signal denoted by M.
  • the ramp 140 emits an additional signal marked M whenever it is switched on.
  • the signals M 1 and M are added, and together they give the signal M 2 .
  • the two signals M 2 and M lambda are present at the minimum value selection 125.
  • Signal M 2 to the output of minimum selection 125.
  • This signal is marked with M R.
  • Signals M R and M X reach the minimum value selection 138, at the output of which the signal M 3 is available.
  • M X is the output signal of the minimum value selection 134 and comes from either the idle controller 131 or the driving behavior map 132.
  • the minimum value selections 125 and 138 could also be summarized, but the drawing shown is clearer.
  • FIG. 3a shows the time course of the signals M 1 , M 2 ,
  • the ramp is activated by the additional signal M from block 140.
  • fuel quantity M 3 is equal to fuel quantity M 1 .
  • the fuel quantity M starting from zero, is added to the fuel quantity M 1 .
  • the actual lambda signal drops due to the increase in fuel (cf. FIG. 3b).
  • FIG. 3b shows that the actual lambda value is now equal to the desired lambda value.
  • the minimum value selections 125, 134 and 138 found a very simple detachment mechanism for the various control signals influencing the fuel quantity. Despite the specific dead times that occur in the control loop (filling dead times in the engine), the present method does not lead to any significant loss in dynamics. This is caused by the fact that the slope of the ramp depends on the one hand on the speed and on the other hand on the specific dead times. This fact is to be illustrated by Figure 4. The additional quantity M is plotted there as a function of time. The dependency on other parameters is indicated by dashed lines.
  • Block diagrams were chosen for the description of the exemplary embodiment, since the method can be represented well using block diagrams. However, the same method steps can also be partial programs of a program stored in a microcomputer. It is at the discretion of the person skilled in the art to use the solution corresponding to the respective state of the art.

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Description

Verfahren und Einrichtung zur Kraftstoffzumessung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kraftstoffzumessung nach der Gattung des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Die für den jeweiligen Betriebszustand einer Diesel-Brennkrftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge wird im allgemeinen abhängig von der Drehzahl der Maschine und von der Fahrpedalstellung - gegebenenfalls auch abhängig von anderen Größen - ermittelt. Da mit Luftüberschuß gefahren wird, spielt die Menge der angesaugten Frischluft nur eine untergeordnete Rolle. Forderungen nach einer Verminderung schädlicher Abgase und möglichst geringem Partikelausstoß bei Brennkraftmaschinen führten jedoch dazu, auch bei Dieselmotoren die Menge der angesaugten Frischluft mit in die Bestimmung der Kraftstoffmenge einzubeziehen.
Aus der DE-OS 28 03 750 sind ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, die die angesaugte Frischluftmenge bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge berücksichtigen. Ausgehend von der Fahrpedalstellung, die einen Kraftstoffmengenwunsch signalisiert, werden Luftmenge und Kraftstoffmenge vorgesteuert. Daran anschließend werden die exakten Werte mehrdimensionalen Kennfeldern entnommen. Luft- und Kraftstoffmenge werden dann auf diese exakten Werte geregelt. Die Kraftstoffmenge wird durch in den Kennfeldern abgelegte Begrenzungen begrenzt. Das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (Lambda) beeinflußt diese Begrenzungen besonders, hinsichtlich des Partikelausstoßes. Entsprechende Lambda-Werte sind in den Kennfeldern abgelegt.
Eine Messung des Lambda-Wertes ist nicht vorgesehen, so daß es bei Alterung der Brennkraftmaschine zu einer Abweichung zwischen den in den Kennfeldern gespeicherten Daten und den tatsächlichen Verhältnissen des Motors kommen kann. Infolge einer solchen Abweichung ergibt sich im Vollastbetrieb häufig ein erhöhter Partikelausstoß. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit welchem ein alterungsbedingter erhöhter Partikelausstoß vermieden wird. Diese Aufgabe wird gelöst mit..einem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß der tatsächliche Lamba-Wert direkt gemessen und im Vollastbetrieb zur Regelung der höchst zulässigen Kraftstoffmenge herangezogen wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Art der Ablösung von konventioneller Lambda-Regelung der Kraftstoff menge durch eine Minimalwertauswahl . Der Einfluß systembedingter Totzeiten wird durch eine schnelle Steuerung bis zu einer "Abfangkurve" und anschließender langsamer Lambda-Regelung vermindert. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der in den unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild, in dem die wesentlichen Elemente zur Kraftstoffmengensteuerung und zur Kraftstoffmengenregelung enthalten sind, in Figur 2 sind die wesentlichen, zur Regelung der höchstzulässigen Kraftstoffmenge erforderlichen Elemente dargestellt, Figur 3a zeigt den zeitlichen Verlauf verschiedener Kraftstoffmengensignale, Figur 3b den zeitlichen Verlauf des Lambda-Sondensignales, Figur 3c den zeitlichen Verlauf des Startsignales für die Rampe, Figur 4 verdeutlicht die Abhängigkeit der Rampensteigung von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In Figur 1 ist mit 100 ein Dieselmotor gekennzeichnet. Diesem Motor wird über ein mit 101 gekennzeichnetes Ansaugrohr Frischluft zugeführt. Die Abgase werden über die Abgasleitung 102 abgeführt. Mit 110 ist eine Kraftstoffpumpe gekennzeichnet. Die Kraftstoffpumpe ist mit einem Stellregler 111 verbunden. Mit 112 ist ein Sensor bezeichnet, der entweder den Regelweg einer an der Pumpe 110 angebrachten Regelstange oder aber die Schließzeit eines Magnetventiles mißt. Das Ausgangssignal des Sensors 112 wird dem Summenpunkt in 111 zugeführt. Ein weiteres Eingangssignal des Stellreglers 111 ist das Ausgangssignal des mit 113 gekennzeichneten Pumpenkennfeldes. Mit 120 ist eine in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angebrachte Lambda-Sonde bezeichnet. Das Ausgangssignal der Lambda-Sonde wird einer Auswerteschaltung 121 zugeführt, deren Ausgangssignal als Istwert einem Lambda-Regler 122 zugeführt wird. Der Sollwert wird einer mit 123 bezeichneten Lambda-Begrenzung entnommen, die von mehreren, pauschal mit 124 bezeichneten Betriebskenngrößen abhängt. Mit 125, 134 und 138 sind Minimalwertauswahlstufen gekennzeichnet. 130 kennzeichnet einen Leerlaufregler, der von einem mit 131 gekennzeichneten Signal angesteuert wird. Bei 132 handelt es sich um ein Fahrverhalten-Kennfeld, in dem die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge abhängig von Eingangsgrößen 133 ermittelt wird. Mit 140 ist ein Block gekennzeichnet, der nach Initialisierung durch ein Signal 142 ein rampenförmiges Ausgangssignal abgibt. Die Steigung der Rampe hängt über 141 von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Das Ausgangssignal des Blockes 140 wird einem Summationspunkt 137 zugeführt, dem als weitere Größe das Ausgangssignal einer mit 135 gekennzeichneten Drehmomenten-Vorsteuerung zugeführt wird. Über 136 hängt die Drehmomentenvorsteuerung von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: In den Betriebszuständen Start, Leerlauf und Teillast bleibt die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge von der Lambda-Regelung unbeeinflußt. Abhängig vom Betriebszustand wird der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffmenge, die entweder durch den Leerlaufregier 130, durch die Drehmomenten-Vorsteuerung 135, oder durch das Fahrverhalten-Kennfeld 132 bestimmt ist. Welche der möglichen Kraftstoffmengen letzten Endes der Maschine zugeführt wird, hängt von den Mininimalwertauswahlstufen 125, 134 und 138 ab. Das Ausgangssignal der Minimalwertauswahl 138 wird einem Pumpenkennfeld 113 zugeführt. Im Pumpenkennfeld wird dem Kraftstoffmengensignal ein von Betriebsparametern abhängiges Ansteuersignal für den Stellregler 111 zuge ordnet. Der Stellregler 111 regelt auf die dem Signal des Pumpenkennfeldes 113 entsprechende Kraftstoffmenge. Die Elemente Pumpe 110, Sensor 112 und Stellregler 111 bilden dabei einen geschlossenen Regelkreis. Die bisher betrachteten Betriebszustände schließen ein Wirksamwerden der Lambda-Regelung aus, da das Ausgangssignal des Lambda-Reglers 122 im Teillastbereich stets größer ist als das Ausgangssignal der Drehmoment-Vorsteuerung 135. Die Vollastbegrenzung mit Hilfe der Lambda-Regelung wird anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild, in dem nur die für die Lambda-Regelung erforderlichen Elemente enthalten sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. Die Drehmoment-Vorsteuerung 135 gibt ein mit M bezeichnetes Kraftstoffmengensignal ab. Die Rampe 140 gibt immer dann, wenn sie eingeschaltet ist, ein mit M gekennzeichnetes Zusatzsignal ab. Im Punkt 137 werden die Signale M1 und M addiert, und ergeben zusammen das Signal M2. An der Minimalwertauswahl 125 stehen die beiden Signale M2 und MLambda an.
Da im Teillastbereich MLambda größer als M2 ist, gelangt das
Signal M2 an den Ausgang der Minimalauswähl 125. Dieses Signal mit mit MR gekennzeichnet. Signale MR und MX gelangen an die Minimalwertauswahl 138, an deren Ausgang das Signal M3 zur Verfügung steht. MX ist das Ausgangssignal der Minimalwertauswahl 134, und entstammt entweder dem Leerlaufregler 131 oder dem Fahrverhalten-Kennfeld 132. Grundsätzlich könnte man die Minimalwertauswahlen 125 und 138 auch zusammenfassen, doch ist die dargestellte Zeichnung übersichtlicher.
Figur 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale M1, M2,
MLambda, MR, MX und M. In dem darunterliegenden Diagramm 3b sind der zeitliche Verlauf des Lambda-Istwertes und des Lambda-Sollwertes aufgetragen. Im Diagramm 3c ist der Zeitbereich gekennzeichnet, in dem die Rampe, die das Zusatzsignal M erzeugt, aktiviert ist. Die durchgezogene Linie in Figur 3a kennzeichnet das Kraftstoffmengensignal M3. Bis zum Zeitpunkt 310 wird die Kraftstoffmenge
M3 durch Mx bestimmt, da die Beziehung Mx M1 MLambda en, was durch Betätigen des Fußfahrgebers signalisiert wird. Die aus dem Fahrverhalten-Kennfeld 132 entnommene Kraftstoffmenge Mx (strichpunktierte Linie) steigt jetzt auf die maximal mögliche Menge an. Für Zeiten nach dem Zeitpunkt 310 gilt dann:
MR Mx
und M1 MLambda Mx
und M2 = M1 + M (t)
Beim Vorliegen der zuletzt genannten Bedingung wird von Block 140 die Rampe mit dem Zusatzsignal M aktiviert. Zum Zeitpunkt 311 ist die Kraftstoffmenge M3 gleich der Kraftstoffmenge M1. Ab dem Zeitpunkt 310 wird zur Kraftstoffmenge M1 die Kraftstoffmenge M, beginnend von Null, hinzuaddiert. Durch die Kraftstoffzunahme sinkt das Lambda-Istsignal (vgl. Figur 3b) . Im Punkt 312 werden die Signale M2 und MLambda gleich. Von diesem Zeitpunkt an wird die Vollastbegrenzung mit Hilfe der Lambda-Regelung vorgenommen. Es gilt, M3 = MR = MLambda. Figur 3b zeigt, daß der Lambda-Istwert jetzt gleich dem Lambda-Sollwert ist.
Zum Zeitpunkt 320 nimmt der Fahrer das Fahrpedal zurück. Die strichpunktierte Linie, die die Menge Mx kennzeichnet, sinkt unter den Wert M1. Die Minimalauswahl 138 bewirkt, daß die der Maschine zu geführte Menge M3 gleich der Menge Mx ist. Damit ist die Kraftstoffversorgung von der Lambda-Regelung abgekoppelt und wird auf die übliche Weise vorgenommen. Es sei noch erwähnt, daß zum Zeitpunkt 320 die Startbedingung für die Rampe 140 wegfällt, und somit zusätzliche Menge M zurückgesetzt wird.
Durch die Minimalwertauswahlen 125, 134 und 138 wurde ein sehr einfacher Ablösemechanismus für die verschiedenen, die Kraftstoffmenge beeinflussenden Steuersignale gefunden. Trotz der im Regelkreis auftretenden spezifischen Totzeiten (Füllungstotzeiten im Motor) führt das vorliegende Verfahren zu keiner erheblichen Einbuße an Dynamik. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Steigung der Rampe einerseits von der Drehzahl, andererseits von den spezifischen Totzeiten abhängig ist. Dieser Sacherverhalt soll durch Figur 4 verdeutlicht werden. Dort ist die zusätzliche Menge M in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die Abhängigkeit von anderen Parametern ist gestrichelt gekennzeichnet.
Zur Beschreibung des Ausführungsbeispieles wurden Blockschaltbilder gewählt, da sich das Verfahren anhand von Blockschaltbildern gut darstellen läßt. Dieselben Verfahrensschritte können jedoch auch Teilprogramme eines in einem Mikrorechner abgespeicherten Programmes sein. Es liegt im Ermessen des Fachmannes, die dem jeweiligen Stand der Technik entsprechende Lösung zu benutzen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Kraftstoffzumessung einer Diesel-Brennkraftmaschine, bei welchem die der Maschine zuzuführende Kraftstoffmenge abhängig vom Betriebszustand (Start, Leerlauf, Vollast, Teillast) und von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine ermittelt und über einen Stellregler einer Kraftstoffpumpe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoffmenge mit Hilfe einer im Abgasröhr angebrachten Lambda-Sonde auf einen wenigstens von der Drehzahl der Maschine abhängigen Lambda-Wert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Vollastbetrieb die wenigstens von Betriebskenngrößen Drehzahl und Fahrpedalstellung anhängige Steuerung der Kraftstoffmenge durch eine Regelung mittels Lambda-Sonde abgelöst wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösung durch eine Minimalwertauswahl erfolgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge Kennfeldern entnommen wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge abhängig vom gewünschten Drehmoment der Maschine vorgesteuert wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf Vollast dann erkannt wird, wenn der dem Kennfeld entnommene Kraftstoffmengenwert größer als der drehmomentabhängige Vorteuerwert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vollast zu dem drehmomentabhangigen Kraftstoffmengensignal ein zeitlich varianiies Zusatzsignal hinzuaddiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsignal linear mit der Zeit anwächst (Rampe).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rampe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rampe von der Totzeit der Lambda-Regelung abhängt.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, mit Sensoren zur Erfassung von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinrichtung, die ein von Betriebskenngrößen und vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängiges Kraftstoffmengensignal erzeugt, welches zur Ansteuerung eines eine Einspritzpumpe beeinflussenden Stellregelkreises dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellregelkreis im Vollastbetrieb vom Ausgangssignal eines Lambda-Reglers ist angesteuert wird.
EP88907093A 1987-09-05 1988-07-28 Verfahren und einrichtung zur kraftstoffzumessung bei einer diesel-brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0377596B1 (de)

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EP (1) EP0377596B1 (de)
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