EP0414684A1 - Control and regulating system for internal combustion engines. - Google Patents

Control and regulating system for internal combustion engines.

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EP0414684A1
EP0414684A1 EP88909290A EP88909290A EP0414684A1 EP 0414684 A1 EP0414684 A1 EP 0414684A1 EP 88909290 A EP88909290 A EP 88909290A EP 88909290 A EP88909290 A EP 88909290A EP 0414684 A1 EP0414684 A1 EP 0414684A1
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EP
European Patent Office
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memory
air ratio
internal combustion
setpoint
combustion engine
Prior art date
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EP88909290A
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Eberhard Schnaibel
Erich Schneider
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0414684B1 publication Critical patent/EP0414684B1/en
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2496—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories the memory being part of a closed loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1402—Adaptive control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor

Definitions

  • the invention relates to a control system for adjusting the air / fuel mixture of an internal combustion engine
  • Such systems have a ⁇ probe which is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine and which emits an output signal which represents a measure of the air ratio ⁇ .
  • the control system also has a basic memory, a setpoint memory and a control device. Fuel metering times (e.g. injection times for the injection valves of the internal combustion engine) are stored in the basic memory as a function of operating parameters of the internal combustion engine, and setpoint values for the air ratio ⁇ are stored in the setpoint value memory as a function of operating parameters of the internal combustion engine.
  • the control device corrects the fuel metering time read from the basic memory as a function of a respectively measured output signal of the ⁇ probe and an assigned target value read from the target value memory.
  • Low-emission vehicles are usually operated with a three-way catalytic converter arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to improve a control system for adjusting the air / fuel mixture, in particular for regulation in the lean area.
  • the control system is characterized in that the setpoint memory stores the reciprocal of the air number ⁇ and, depending on the operating parameters of the internal combustion engine, the fuel metering time read out from the basic memory for piloting the internal combustion engine to a predetermined air number ⁇ with the assigned readout from the setpoint memory Reciprocal of the air ratio ⁇ for obtaining a fuel metering time adapted to a change in the predetermined air ratio ⁇ is multiplicatively linked.
  • a pre-control is superimposed on a ⁇ control.
  • the control system according to the invention has a conversion device which, with the aid of an at least approximately known characteristic characteristic relationship between the output signal of the ⁇ probe and the air ratio ⁇ , converts the output signal into a corresponding reciprocal value of the air ratio ⁇ , and the control device of the control system according to the invention / Control system is fed a control deviation, which is based on the difference of in speed of operating characteristics of the internal combustion engine from the setpoint memory, reciprocal values of the air ratio ⁇ and the associated reciprocal values of the air ratio determined by the conversion unit on the basis of the output signal of the ⁇ probe are determined as actual values.
  • the control system according to the invention has the advantage that, for example in the case of control in the lean range ( ⁇ ⁇ 0.9 to 1.4), only one control device is required in the entire range and additional complex circuitry measures are avoided.
  • the known control systems regulate the air ratio ⁇ and change the fuel metering time in proportion to the control deviation. In reality, however, there is no! linear relationship between the air ratio ⁇ and the amount of fuel added.
  • the air ratio ⁇ is proportional to the reciprocal of the fuel quantity or, conversely, the amount of fuel added is proportional to the reciprocal of the air ratio ⁇ .
  • the control system according to the invention has the advantage that the control in the entire ⁇ range to be controlled is linear, since the conversion device supplies the reciprocal value of the air ratio ⁇ to the control device and that the output signals of the ⁇ probe are not used directly for control, as is customary become. Regardless of the level of the respective setpoint, a certain percentage control deviation corresponds to the setpoint of the same manipulated variable, so that the gain of the controller can be selected independently of the setpoint.
  • the memories basic memory, setpoint memory
  • the control device and the conversion unit are functional units of a microcomputer. It is particularly advantageous to store the fuel metering times, the setpoints of the air ratio ⁇ and the characteristic relationship between the output signal of the ⁇ probe and the air ratio ⁇ in maps that are addressed by means of the operating parameters of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a control system that regulates fuel injection times on the basis of 1 / ⁇ values.
  • the control system has a basic memory 10 from which fuel metering times T LKF for piloting an internal combustion engine (BKM) 12 are read out.
  • the speed n and a load parameter L of the internal combustion engine 12 serve as input parameters of the basic memory 10.
  • the throttle valve position of the internal combustion engine, the pressure in the intake manifold of the internal combustion engine or the air mass drawn in by the internal combustion engine can be used as the load parameter.
  • the control system also has a ⁇ probe 14, a conversion unit 16, a sol 1 value memory 18 and a control device 20.
  • the control device 20 has a timer 20.1 and a correction device 20.2. Furthermore, a switchover device 22 and a control release device 24 are present.
  • the target value memory 18, which is addressable like the basic memory 10 via the speed and a load parameter of the internal combustion engine, is divided into three areas, namely in a region in which the reciprocal values of the target air number ⁇ for ⁇ are stored greater than and less than 1, and in which the The target reciprocal of the air ratio ⁇ 1 is stored for control with a catalytic converter and an area in which the target reciprocal values of the air ratio ⁇ are stored for controlling the internal combustion engine 12 in certain operating phases (e.g.
  • the switching device 22 determines the engine temperature T w , the rate of change of a load parameter dL / dt and the information whether a catalyst is present in the exhaust gas of the internal combustion engine and which, on the basis of the variables mentioned, controls the assigned area via a switch 22.1, in which the reciprocal of the air ratio ⁇ is stored as the desired value.
  • the fuel metering times T LKF read from the basic memory 10 are multiplicatively linked to the reciprocal values of the air ratio ⁇ read from the target value memory in accordance with the position of the sight holder 22.1 of the switching device 22, which at the same time represent correction factors (MFK), resulting in the fuel metering time T LKF *. If the internal combustion engine 12 has not yet reached its operating temperature or if the internal combustion engine 12 is in an unsteady phase (acceleration, deceleration), the fuel metering time T LKF * is used to pre-control the Internal combustion engine 12.
  • the control release device 24 closes a switch 24.1 and the fuel metering time T LKF * is multiplied by one of the correction factor FALK outputted to the control device 20, resulting in the fuel metering time T E.
  • the determination of the correction factor FALK is explained in more detail below.
  • the ⁇ probe 14 arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine 12 emits an output signal U S , which is fed to a conversion unit 16.
  • the conversion unit 16 uses an at least approximately known probe characteristic relationship between the output signal of the ⁇ probe 14 and the air ratio ⁇ to determine the corresponding reciprocal of the air ratio ⁇ .
  • This current reciprocal of the air ratio ⁇ as the actual value is fed to a comparator 26.
  • the comparator 26 has a corresponding reciprocal of the air ratio ⁇ read from the setpoint memory 18 as the setpoint.
  • the difference between the actual value and the desired value of the air ratio ⁇ is fed to the timing element 20.1 of the control device 20 as a control deviation.
  • the subsequent correction device 20.2 determines the correction factor FALK.
  • a sudden change in the air ratio ⁇ in the event of relatively large deviations of the desired value from the actual value and thus a sudden change in the fuel metering time results in a sudden change in the torque of the internal combustion engine.
  • This jerk is absolutely desirable when accelerating.
  • a jerk is felt to be negative if a sudden change (enlargement) during delay phases the air ratio ⁇ into the lean area.
  • a slowdown from the old 1 / ⁇ setpoint to the new 1 / ⁇ setpoint is carried out by a control unit (27) with a predetermined lowering speed.
  • the lowering speed is selected to change a few percent of the setpoint per second.
  • a filter device to filter out higher-frequency components of the probe signal, which have their cause, for example, in a scattering of the air-fuel mixture from cylinder to cylinder or in other interference signals, in order to "noise" the probe signal to suppress.
  • a lean such a high control speed is not required for control, ie it is not necessary for the control device to work in the vicinity of its stability limit, since the probe signal exhibits constant behavior in the lean range.

Abstract

Un système de commande et de réglage sert à ajuster le mélange d'air/carburant d'un moteur à combustion interne (12). Le système comprend une sonde à l'oxygène (sonde lambda) (14) exposée aux gaz d'échappement du moteur (12) qui émet un signal de sortie qui représente une mesure du coefficient d'air lambda. Une mémoire de base (10) enregistre des temps de dosage du carburant qui sont utilisés afin de commander au préalable le moteur (12) jusqu'à obtenir un coefficient prédéterminé d'air lambda. Une mémoire (18) de valeurs de consigne enregistre des valeurs de consigne du coefficient d'air et un agencement de réglage (20) corrige les temps de dosage du carburant lus dans la mémoire de base (10) en fonction du signal de sortie mesuré par la sonde lambda (14) et d'une valeur de consigne correspondante lue dans la mémoire (18) de valeurs de consigne. La valeur réciproque du coefficient d'air lambda est enregistrée dans la mémoire (18) de valeurs de consigne. Chaque temps de dosage du carburant lu dans la mémoire de base (10) est lié par multiplication à la valeur réciproque correspondante du coefficient d'air lambda lue dans la mémoire (18) de valeurs de consigne. Un convertisseur (16) convertit en une valeur réciproque correspondante du coefficient d'air lambda le signal de sortie au moyen d'une relation caractéristique de la sonde et connue au moins approximativement entre le signal de sortie de la sonde lambda (14) et le coefficent d'air lambda. La prise en considération de la relation linéaire entre la valeur réciproque du coefficent d'air lambda et la quantité de carburant (temps de dosage du carburant) permet d'obtenir un réglage rapide et précis au moyen d'un agencement linéaire simple de réglage.A control and adjustment system is used to adjust the air / fuel mixture of an internal combustion engine (12). The system includes an oxygen sensor (lambda sensor) (14) exposed to engine exhaust (12) which outputs an output signal which represents a measurement of the lambda air coefficient. A basic memory (10) stores fuel metering times which are used to pre-control the engine (12) until a predetermined lambda air coefficient is obtained. A setpoint memory (18) stores setpoints of the air coefficient and an adjustment arrangement (20) corrects the fuel metering times read in the basic memory (10) according to the measured output signal by the lambda probe (14) and a corresponding setpoint read from the setpoint memory (18). The reciprocal value of the lambda air coefficient is stored in the setpoint memory (18). Each fuel metering time read in the basic memory (10) is linked by multiplication to the corresponding reciprocal value of the lambda air coefficient read in the memory (18) of set values. A converter (16) converts the output signal to a corresponding reciprocal value of the lambda air coefficient by means of a characteristic relationship of the probe and known at least approximately between the output signal of the lambda probe (14) and the lambda air efficiency. Taking into account the linear relationship between the reciprocal value of the lambda air coefficient and the quantity of fuel (fuel metering time) makes it possible to obtain rapid and precise adjustment by means of a simple linear adjustment arrangement.

Description

Steuer-/Regelsystem für eine Brennkraftmaschine Control system for an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Steuer-/Regelsystem zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Gemisches einer BrennkraftmaschineThe invention relates to a control system for adjusting the air / fuel mixture of an internal combustion engine
Stand der TechnikState of the art
Derartige Systeme weisen eine dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzte λ -Sonde auf, die ein Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für die Luftzahl λ darstellt. Insbesondere kommt eine λ-Sonde zur Anwendung, deren Kennlinie im Bereich von λ=1 im wesentlichen sprungartiges Verhalten aufweist (λ-Sonde vom Nernst-Typ). Weiterhin verfügt das Steuer-/Regelsystem über einen Grundspeicher, einen Sollwertspeicher und eine Regeleinrichtung. Im Grundspeicher werden Kraftstoffzumeßzeiten (z. B. Einspritzzeiten für die Einspritzventile der Brennkraftmaschine) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine gespeichert und im Sollwertspeicher werden Sollwerte der Luftzahl λ in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abgelegt. Die Regeleinrichtung korrigiert in Abhängigkeit eines jeweils gemessenen Ausgangssignals der λ -Sonde und eines zugeordneten aus dem Sollwertspeicher ausgelesenen Sollwerts die jeweils aus dem Grundspeicher ausgelesene Kraftstoffzumeßzeit. üblicherweise werden Schadstoffarme Fahrzeuge mit einem im Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Drei-Wege-Katalysator betrieben. Um die optimale Konvertierungsrate des Katalysators zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß eine Luftzahl von λ = 1 nahezu exakt eingehalten wird, d. h. die Luftzahl λ darf nur um einen bestimmten zulässigen Betrag um den Wert von λ = 1 schwanken (sogenanntes Katalysator-Fenster). Bei praktisch ausgeführten Regelsystemen wird häufig nicht exakt auf λ = 1 sondern aufλ ≈ 1 (z. B . λ = 0,998) geregelt. Aus Vereinfachungsgründen wird im folgenden weiterhin der Begriff λ = 1-Regelung verwendet, wobei dieser Begriff auch eine Regelung auf λ ≈ 1 umfassen soll.Such systems have a λ probe which is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine and which emits an output signal which represents a measure of the air ratio λ. In particular, a λ probe is used, the characteristic curve of which has an abrupt behavior in the range of λ = 1 (λ probe of the Nernst type). The control system also has a basic memory, a setpoint memory and a control device. Fuel metering times (e.g. injection times for the injection valves of the internal combustion engine) are stored in the basic memory as a function of operating parameters of the internal combustion engine, and setpoint values for the air ratio λ are stored in the setpoint value memory as a function of operating parameters of the internal combustion engine. The control device corrects the fuel metering time read from the basic memory as a function of a respectively measured output signal of the λ probe and an assigned target value read from the target value memory. Low-emission vehicles are usually operated with a three-way catalytic converter arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine. In order to ensure the optimal conversion rate of the catalyst, it is necessary that an air ratio of λ = 1 is maintained almost exactly, ie the air ratio λ may only fluctuate by a certain permissible amount by the value of λ = 1 (so-called catalyst window) . In the case of control systems that are implemented in practice, the control is often not exactly at λ = 1 but at λ ≈ 1 (e.g. λ = 0.998). For the sake of simplicity, the term λ = 1 regulation will continue to be used in the following, this term also being intended to include regulation to λ ≈ 1.
Verzichtet man auf das Anordnen eines Katalysators, besteht eine weitere Möglichkeit, bestimmte Schadstoffkomponenten der Abgase einer Brennkraftmaschine zu reduzieren darin, die Brennkraftmaschine im mageren Bereich ( λ > 1) zu betreiben. So wird beispielsweise bei einer Luftzahl von λ= 1,4 eine starke Absenkung der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) erreicht. Der Kohl enmonoxydgehalt (CO) des Abgases ist bereits bei Luftzahlen ab λ = 1 sehr gering. Allerdings kommt es bei großen Luftzahlen (ab λ ≈ 1,1) zu einem Anstieg des Kohlenwasserstoffgehaltes (HC) des Abgases. Dem Vergrößern der Luftzahl λ und dem damit möglichen Reduzieren der genannten Schadstoffkomponenten steht jedoch das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine entgegen. Um ein ausreichendes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine in jeder Betriebsphase zu erreichen, ist es erforderlich, in bestimmten Betriebsphasen (z. B. Leerlauf, Vollast) das Luft/Kraftstoff-Gemisch durch Vergrößern der zugegebenen Kraftstoffmenge anzufetten, so daß sich Werte der Luftzahl λ einstellen, die unter Umständen kleiner als 1 sind.If one dispenses with the arrangement of a catalytic converter, another possibility for reducing certain pollutant components of the exhaust gases of an internal combustion engine is to operate the internal combustion engine in the lean range (λ> 1). For example, with an air ratio of λ = 1.4, the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are greatly reduced. The carbon monoxide content (CO) of the exhaust gas is very low even with air numbers from λ = 1. However, with large air numbers (from λ ≈ 1.1) there is an increase in the hydrocarbon content (HC) of the exhaust gas. However, the driving behavior of the internal combustion engine opposes the increase in the air ratio λ and the possible reduction of the pollutant components mentioned. In order to achieve sufficient driving behavior of the internal combustion engine in every operating phase, it is necessary to enrich the air / fuel mixture in certain operating phases (e.g. idling, full load) by increasing the amount of fuel added, so that values of the air ratio λ are obtained, that may be less than 1.
Um einen solchen breiten Regelungsbereich (λ ≈ 0,9 bis 1,4) regelungstechnisch sicher abdecken zu können, ist es gemäß den im Stand der Technik vorhandenen Lösungen erforderlich, mehrere Regler einzusetzen oder mittels aufwendiger schalt technischer Maßnahmen ein Umschalten zwischen einzelnen Regelbereichen zu erreichen. So ist aus der DE-OS 32 31 122 eine Regeleinrichtung für die Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine mit umschaltbaren Regelbereichen für λ - 1-Bereich und Magerbereich bekannt, wobei die λ = 1-Regelung mittels eines Zweipunktreglers und Magerregelung entweder über einen geänderten Sollwert des Zweipunktreglers oder mit Hilfe eines stetigen Reglers erfolgt.In order to be able to cover such a wide control range (λ ≈ 0.9 to 1.4) in terms of control technology, it is necessary, according to the solutions available in the prior art, to use several controllers or by means of complex switching technical measures to achieve switching between individual control areas. From DE-OS 32 31 122 a control device for the mixture composition of an internal combustion engine with switchable control ranges for λ - 1 range and lean range is known, the λ = 1 control using a two-point controller and lean control either via a changed setpoint of the two-point controller or with the help of a constant controller.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer-/Regelsystem zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Gemisches insbesondere für eine Regelung im Magerbereich zu verbessern.The invention has for its object to improve a control system for adjusting the air / fuel mixture, in particular for regulation in the lean area.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is given by the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Steuer-/Regelsystem zeichnet sich dadurch aus, daß der Sollwertspeicher den Kehrwert der Luftzahl λ speichert und abhängig von den Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die aus dem Grundspeicher zum Vorsteuern der Brennkraftmaschine auf eine vorgegebene Luftzahl λ jeweils ausgelesene Kraftstoffzumeßzeit mit dem zugeordneten aus dem Sollwertspeieher ausgelesenen Kehrwert der Luftzahl λ zum Gewinnen einer an eine Änderung der vorgegebenen Luftzahl λ angepaßten Kraftstoffzumeßzeit multiplikativ verknüpft wird. Um den Einfluß von Störgrößen zu berücksichtigen, wird der Vorsteuerung eine λ -Regelung überlagert. Hierzu weist das erfindungsgemäße Steuer-/Regelsystem eine Umwandlungseinrichtung auf, die mit Hilfe eines zumindest näherungsweise bekannten sondencharakteristischen Zusammenhangs zwischen dem Ausgangssignal der λ-Sonde und der Luftzahl λ das Ausgangssignal in einen entsprechenden Kehrwert der Luftzahl λ umwandelt, und der Regeleinrichtung des erfindungsgemäßen Steuer-/Regelsystems eine Regelabweichung zugeführt wird, die auf Grundlage der Differenz von in Abhängig keit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine aus dem Sollwertspeicher ausgelesenen Kehrwerten der Luftzahl λ und den zugeordneten von der Umwandlungseinheit aufgrund des Ausgangssignal der λ -Sonde ermittelten Kehrwerten der Luftzahl als Ist-Werten bestimmt wird.The control system according to the invention is characterized in that the setpoint memory stores the reciprocal of the air number λ and, depending on the operating parameters of the internal combustion engine, the fuel metering time read out from the basic memory for piloting the internal combustion engine to a predetermined air number λ with the assigned readout from the setpoint memory Reciprocal of the air ratio λ for obtaining a fuel metering time adapted to a change in the predetermined air ratio λ is multiplicatively linked. In order to take into account the influence of disturbance variables, a pre-control is superimposed on a λ control. For this purpose, the control system according to the invention has a conversion device which, with the aid of an at least approximately known characteristic characteristic relationship between the output signal of the λ probe and the air ratio λ, converts the output signal into a corresponding reciprocal value of the air ratio λ, and the control device of the control system according to the invention / Control system is fed a control deviation, which is based on the difference of in speed of operating characteristics of the internal combustion engine from the setpoint memory, reciprocal values of the air ratio λ and the associated reciprocal values of the air ratio determined by the conversion unit on the basis of the output signal of the λ probe are determined as actual values.
Gegenüber den bekannten Systemen hat das erfindungsgemäße Steuer-/Regelsystem den Vorteil, daß beispielsweise bei einer Regelung im mageren Bereich ( λ ≈0,9 bis 1,4) im gesamten Bereich nur eine Regeleinrichtung notwendig ist und zusätzliche aufwendige schaltungstechnisehe Maßnahmen vermieden werden. Die bekannten Regelsysteme regeln auf die Luftzahl λ und verändern proportional zur Regelabweichung die Kraftstoffzumeßzeit. In Wirklichkeit besteht jedoch ein nicht! inearer Zusammenhang zwischen der Luftzahl λ und der zugegebenen Kraftstoffmenge. So ist die Luftzahl λ proportional dem Kehrwert der Kraftstoffmenge bzw. umgekehrt die zugegebene Kraftstoffmenge proportional dem Kehrwert der Luftzahl λ. Bei einer Regelung auf λ = 1 ergibt sich bei einer proportionalen Kraftstoffzumessung ein relativ geringer Fehler, sofern die Regelabweichung genügend klein gehalten wird, da die Luftzahl λ in diesem Bereich ungefähr mit ihrem Kehrwert identisch ist. Eine solche Regeleinrichtung im gesamten Magerbereich einzusetzen führt jedoch aufgrund des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen der Luftzahl λ und der Kraftstoffmenge bei der Kraftstoffzumessung im mageren Bereich zu erheblichen Fehlern. Diese Fehler werden beim erfindungsgemäßen Steuer-/Regelsystem durch Regelung auf den Kehrwert der Luftzahl λ vermieden. Das erfindungsgemäße Steuer-/Regelsystem hat den Vorteil, daß die Regelung im gesamten zu regelnden λ -Bereich linear ist, da die Umwandlungseinrichtung der Regeleinrichtung den Kehrwert der Luftzahl λ zuführt und daß nicht wie üblich, die Ausgangssignale der λ-Sonde direkt zur Regelung herangezogen werden. Unabhängig von der Höhe des jeweiligen Sollwertes entspricht eine bestimmte prozentuale Regelabweichung bezogen auf den Sollwert derselben Stellgröße, so daß die Verstärkung des Reglers unabhängig vom Sollwert gewählt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Speicher (Grundspeicher, Sollwertspeicher), die Regeleinrichtung und die Umwandlungseinheit Funktionseinheiten eines Mikrorechners. Besonders vorteilhaft ist es, die Kraftstoffzumeßzeiten, die Sollwerte der Luftzahl λ und den sondencharakteristischen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal der λ-Sonde und der Luftzahl λ in Kennfeldern abzulegen, die mittels den Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine adressiert werden.Compared to the known systems, the control system according to the invention has the advantage that, for example in the case of control in the lean range (λ ≈0.9 to 1.4), only one control device is required in the entire range and additional complex circuitry measures are avoided. The known control systems regulate the air ratio λ and change the fuel metering time in proportion to the control deviation. In reality, however, there is no! linear relationship between the air ratio λ and the amount of fuel added. The air ratio λ is proportional to the reciprocal of the fuel quantity or, conversely, the amount of fuel added is proportional to the reciprocal of the air ratio λ. If the control is set to λ = 1, there is a relatively small error with a proportional fuel metering, provided the control deviation is kept sufficiently small, since the air ratio λ in this area is approximately identical to its reciprocal. However, using such a control device in the entire lean range leads to considerable errors in the lean range due to the non-linear relationship between the air ratio λ and the fuel quantity in the fuel metering. In the control system according to the invention, these errors are avoided by regulating the reciprocal of the air ratio λ. The control system according to the invention has the advantage that the control in the entire λ range to be controlled is linear, since the conversion device supplies the reciprocal value of the air ratio λ to the control device and that the output signals of the λ probe are not used directly for control, as is customary become. Regardless of the level of the respective setpoint, a certain percentage control deviation corresponds to the setpoint of the same manipulated variable, so that the gain of the controller can be selected independently of the setpoint. In a preferred embodiment of the invention, the memories (basic memory, setpoint memory), the control device and the conversion unit are functional units of a microcomputer. It is particularly advantageous to store the fuel metering times, the setpoints of the air ratio λ and the characteristic relationship between the output signal of the λ probe and the air ratio λ in maps that are addressed by means of the operating parameters of the internal combustion engine.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Figur ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Steuer-/Regelsystems dargestellt, das Kraftstoffeinspritzzeiten auf Grundlage von 1/λ -Werten regelt.An embodiment of the invention is shown in the figure and embodiments of the invention are explained in more detail in the following description. The figure shows a block diagram of an embodiment of a control system that regulates fuel injection times on the basis of 1 / λ values.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Das Steuer-/Regelsystem gemäß der Figur verfügt über einen Grundspeicher 10, aus dem Kraftstoffzumeßzeiten TLKF zum Vorsteuern einer Brennkraftmaschine (BKM) 12 ausgelesen werden. Als Eingangsparameter des Grundspeichers 10 dienen die Drehzahl n und eine Lastkenngröße L der Brennkraftmaschine 12. Je nach vorhandener Sensoreinrichtung kann als Lastkenngröße die Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine, der Druck im Saugrohr der Brennkraftmaschine oder die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse verwendet werden.The control system according to the figure has a basic memory 10 from which fuel metering times T LKF for piloting an internal combustion engine (BKM) 12 are read out. The speed n and a load parameter L of the internal combustion engine 12 serve as input parameters of the basic memory 10. Depending on the sensor device present, the throttle valve position of the internal combustion engine, the pressure in the intake manifold of the internal combustion engine or the air mass drawn in by the internal combustion engine can be used as the load parameter.
Das Steuer-/Regelsystem weist weiterhin eine λ-Sonde 14, eine Umwandlungseinheit 16, einen Sol 1 wertspeicher 18 und eine Regeleinrichtung 20 auf. Die Regeleinrichtung 20 verfügt über ein Zeitglied 20.1 und eine Korrektureinrichtung 20.2. Weiterhin sind eine Umschalteinrichtung 22 und eine Regelungsfreigabe-Einrichtung 24 vorhanden. Der wie der Grundspeicher 10 über die Drehzahl und eine Lastkenngröße der Brennkraftmaschine adressierbare Sollwertspeicher 18 ist in drei Bereiche unterteilt, nämlich in einen Bereich, in dem die Kehrwerte der Solluftzahl λ für λ größer und kleiner als 1 gespeichert sind, einen Bereich, in dem der Soll-Kehrwert der Luftzahl λ = 1 für eine Regelung mit Katalysator gespeichert ist und einen Bereich, in dem SollKehrwerte der Luftzahl λ für eine Steuerung der Brennkraftmaschine 12 bei bestimmten Betriebsphasen (z. B. Warmlaufphase, Beschleunϊigungsphase, Verzögerungsphase) gespeichert sind. Aus welchem der drei Bereiche jeweils die Soll-Kehrwerte der Luftzahl λ ausgelesen werden, bestimmt die Umschalteinrichtung 22, der die Motortemperatur Tw, die Änderungsgeschwindigkeit einer Lastkenngröße dL/dt und die Information, ob ein Katalysator im Abgas der Brennkraftmaschine vorhanden ist, zugeführt wird und die aufgrund der genannten Größen über einen Schalter 22.1 den zugeordneten Bereich ansteuert,, in dem der Kehrwert der Luftzahl λ als Sollwert abgespeichert ist.The control system also has a λ probe 14, a conversion unit 16, a sol 1 value memory 18 and a control device 20. The control device 20 has a timer 20.1 and a correction device 20.2. Furthermore, a switchover device 22 and a control release device 24 are present. The target value memory 18, which is addressable like the basic memory 10 via the speed and a load parameter of the internal combustion engine, is divided into three areas, namely in a region in which the reciprocal values of the target air number λ for λ are stored greater than and less than 1, and in which the The target reciprocal of the air ratio λ = 1 is stored for control with a catalytic converter and an area in which the target reciprocal values of the air ratio λ are stored for controlling the internal combustion engine 12 in certain operating phases (e.g. warm-up phase, acceleration phase, deceleration phase). From which of the three areas the target reciprocal values of the air ratio λ are read out, the switching device 22 determines the engine temperature T w , the rate of change of a load parameter dL / dt and the information whether a catalyst is present in the exhaust gas of the internal combustion engine and which, on the basis of the variables mentioned, controls the assigned area via a switch 22.1, in which the reciprocal of the air ratio λ is stored as the desired value.
Der Grundspeicher 10 wird zweckmäßigerweise als Grundkennfeld für Kraftstoffzumeßzei ten für eine Steuerung/Regelung auf λ = 1 ausgebildet. Ein solches Grundkennfeld ist für viele Fahrzeuge ausgemessen und erprobt. Das Einstellen dieser Kraftstoffzumeßzei ten wird üblicherweise auf einem Prüfstand durchgeführt.The basic memory 10 is expediently designed as a basic map for fuel metering times for a control / regulation to λ = 1. Such a basic map has been measured and tested for many vehicles. The setting of these fuel metering times is usually carried out on a test bench.
Die aus dem Grundspeicher 10 ausgelesenen Kraftstoffzumeßzeiten TLKF werden mit den aus dem Sollwertspeicher entsprechend der Stellung des Sehalters 22.1 der Umschalteinrichtung 22 ausgelesenen Kehrwerten der Luftzahl λ , die gleichzeitig Korrekturfaktoren (MFK) darstellen, multiplikativ verknüpft, wobei sich die Kraftstoffzumeßzeit TLKF* ergibt. Hat die Brennkraftmaschine 12 ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht oder befindet sich die Brennkraftmaschine 12 in einer instationären Phase (Beschleunigung, Verzögerung) dient die Kraftstoffzumeßzeit TLKF* zur Vorsteuerung der Brennkraftmaschine 12.The fuel metering times T LKF read from the basic memory 10 are multiplicatively linked to the reciprocal values of the air ratio λ read from the target value memory in accordance with the position of the sight holder 22.1 of the switching device 22, which at the same time represent correction factors (MFK), resulting in the fuel metering time T LKF *. If the internal combustion engine 12 has not yet reached its operating temperature or if the internal combustion engine 12 is in an unsteady phase (acceleration, deceleration), the fuel metering time T LKF * is used to pre-control the Internal combustion engine 12.
Hat die Brennkraftmaschine 12 ihre normale Betriebstemperatur erreicht und arbeitet sie in stationärem Betrieb, d. h. der Betrag der Änderungsgeschwindigkeit einer Lastkenngröße ist kleiner als ein vorgegebener Wert, so schließt die Regelungsfreigabe-Einrichtung 24 einen Schalter 24.1 und die Kraftstoffzumeßzeit TLKF* wird multiplikativ mit einem von der Regeleinrichtung 20 ausgegebenen Korrekturfaktor FALK überlagert, wodurch sich die Kraftstoffzumeßzeit TE ergibt. Die Ermittlung des Korrekturfaktors FALK wird im folgenden näher erläutert.If the internal combustion engine 12 has reached its normal operating temperature and is operating in steady-state operation, i.e. the amount of the rate of change of a load parameter is less than a predetermined value, the control release device 24 closes a switch 24.1 and the fuel metering time T LKF * is multiplied by one of the correction factor FALK outputted to the control device 20, resulting in the fuel metering time T E. The determination of the correction factor FALK is explained in more detail below.
Zunächst gibt die im Abgas der Brennkraftmaschine 12 angeordnete λ-Sonde 14 ein Ausgangssignal US ab, das einer Umwandlungseinheit 16 zugeführt wird. Die Umwandlungseinheit 16 ermittelt mit Hilfe eines zumindest näherungsweise bekannten sondencharakteristischen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal der λ-Sonde 14 und der Luftzahl λ den entsprechenden Kehrwert der Luftzahl λ. Dieser aktuelle Kehrwert der Luftzahl λ als Istwert wird einem Vergleicher 26 zugeführt. Gleichzeitig steht an dem Vergleicher 26 ein aus dem Sollwertspeicher 18 ausgelesener entsprechender Kehrwert der Luftzahl λ als Sollwert an. Die Differenz von Istwert und Sollwert der Luftzahl λ wird dem Zeitglied 20.1 der Regeleinrichtung 20 als Regelabweichung zugeführt. Die nachgeschaltete Korrektureinrichtung 20.2 ermittelt daraufhin den Korrekturfaktor FALK.First, the λ probe 14 arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine 12 emits an output signal U S , which is fed to a conversion unit 16. The conversion unit 16 uses an at least approximately known probe characteristic relationship between the output signal of the λ probe 14 and the air ratio λ to determine the corresponding reciprocal of the air ratio λ. This current reciprocal of the air ratio λ as the actual value is fed to a comparator 26. At the same time, the comparator 26 has a corresponding reciprocal of the air ratio λ read from the setpoint memory 18 as the setpoint. The difference between the actual value and the desired value of the air ratio λ is fed to the timing element 20.1 of the control device 20 as a control deviation. The subsequent correction device 20.2 then determines the correction factor FALK.
Eine sprungartige Änderung der Luftzahl λ bei relativ großen Abweichungen des Sollwertes vom Istwert und damit eine sprungartige Änderung der Kraftstoffzumeßzeit hat eine sprungartige Änderung des Drehmomentes der Brennkraftmaschine zur Folge. Dies äußert sich für den Fahrer einer Brennkraftmaschine in einem ruckartigen Verhalten des Fahrzeugs. Bei einem Beschleunigungsvorgang ist dieser Ruck durchaus erwünscht. Negativ wird ein Ruck jedoch empfunden, falls bei Verzögerungsphasen eine sprungartige Änderung (Vergrößerung) der Luftzahl λ in den mageren Bereich hinein erfolgt. So bringt beispielsweise ein Abmagerungssprung der Luftzahl von ca. 20 % (z. B. λ-Soll alt = 1,2, λ-Soll neu = 1,3) einen Leistungsabfall von ca. 10 bis 15 % mit sich. Damit dieser Leistungsabfall nicht plötzlich erfolgt, wird bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steuer-/RegelSystems durch eine Abregelungseinheit (27) mit vorgegebener Absenkgeschwindigkeit ein langsames Absenken vom alten 1/λ-Sollwert zum neuen 1/λ-Sollwert durchgeführt. Die Absenkgeschwindigkeit ist zu einigen wenigen Prozent Sollwertänderung pro Sekunde gewählt.A sudden change in the air ratio λ in the event of relatively large deviations of the desired value from the actual value and thus a sudden change in the fuel metering time results in a sudden change in the torque of the internal combustion engine. For the driver of an internal combustion engine, this manifests itself in a jerky behavior of the vehicle. This jerk is absolutely desirable when accelerating. However, a jerk is felt to be negative if a sudden change (enlargement) during delay phases the air ratio λ into the lean area. For example, a decrease in the air ratio of about 20% (e.g. λ-target old = 1.2, λ-target new = 1.3) leads to a drop in performance of approx. 10 to 15%. So that this drop in performance does not occur suddenly, in a preferred development of the control system according to the invention, a slowdown from the old 1 / λ setpoint to the new 1 / λ setpoint is carried out by a control unit (27) with a predetermined lowering speed. The lowering speed is selected to change a few percent of the setpoint per second.
Um die Regelgenauigkeit zu erhöhen ist es von Vorteil, höherfrequente Anteile des Sondensignals, die beispielsweise in einer Streuung des Luft-Kraftstoff-Gemisches von Zylinder zu Zylinder oder in sonstigen Störsignalen ihre Ursache haben, mittels einer Filtereinrichtung herauszufiltern, um ein "Verrauschen" des Sondensignals zu unterdrücken.In order to increase the control accuracy, it is advantageous to use a filter device to filter out higher-frequency components of the probe signal, which have their cause, for example, in a scattering of the air-fuel mixture from cylinder to cylinder or in other interference signals, in order to "noise" the probe signal to suppress.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind alle Speicher und Einrichtungen des Steuer-/Regelsystems Funktionseinheiten eines Mikrorechners innerhalb eines elektronischen Steuergerätes. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich eine Paramter-Einstelleinrichtung anzuordnen, mit der die Parameter einer Regeleinrichtung mit beispielsweise PID-Verhalten variiert werden können. Dadurch ist es möglich, das elektronische Steuergerät mit demselben Aufbau sowohl für eine λ = 1-Regelung als auch für eine Magerregelung einzusetzen. Liegt nämlich eine λ-Sonde vom Nernst-Typ vor, d. h. das Ausgangssignal derλ-Sonde zeigt im Bereich von λ= 1 ein sprungartiges Verhalten, muß bei einer λ = 1-Regelung die Regeleinrichtung eine hohe Regelgeschwindigkeit aufweisen, um ein vorgegebenes schmales Katalysator-Fenster einzuhalten, was unter Umständen zu einer Komforteinbuße hinsichtlich des Fahrverhaltens führt, da die Regelparamater so eingestellt werden müssen, um das Katalysator-Fenster einzuhalten, daß die Regeleinrichtung nahe an ihrer Schwingungsgrenze arbeitet. Bei einer Mager regelung ist jedoch eine solch hohe Regelgeschwindigkeit, d. h. ein Arbeiten der Regeleinrichtung in der Nähe ihrer Stabilitätsgrenze nicht erforderlich, da das Sondensignal im Magerbereich stetiges Verhalten aufweist. Durch die Parameter-Einstelleinrichtung ist es möglich, die Regeleinrichtung optimal auf das jeweils vorliegende Regelkonzept ( λ = 1-Regelung, Magerregelung) einzustellen.In a particularly advantageous embodiment, all memories and devices of the control system are functional units of a microcomputer within an electronic control unit. It has proven to be advantageous to additionally arrange a parameter setting device with which the parameters of a control device can be varied with, for example, PID behavior. This makes it possible to use the electronic control unit with the same structure both for λ = 1 control and for lean control. If there is a λ-probe of the Nernst type, ie the output signal of the λ-probe shows a step-like behavior in the range of λ = 1, the control device must have a high control speed with a λ = 1 control in order to achieve a predetermined narrow catalyst Adhering to windows, which may result in a loss of comfort with regard to driving behavior, since the control parameters must be set in order to adhere to the catalytic converter window so that the control device works close to its vibration limit. With a lean However, such a high control speed is not required for control, ie it is not necessary for the control device to work in the vicinity of its stability limit, since the probe signal exhibits constant behavior in the lean range. The parameter setting device makes it possible to optimally adjust the control device to the respective control concept (λ = 1 control, lean control).
Bei Verwenden einer λ-Sonde vom Nernst Typ ist das Ausgangssignal der λ-Sonde im mageren Bereich von geringer Größe (ca. 100 bis 30 mV). Bei den heutzutage in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Meßvorrichtungen ist es deshalb erforderlich, das Ausgangssignal im mageren Bereich zu verstärken (z. B. VF = 7 ). Im Bereich von λ = 1 wird das Ausgangssignal um den Faktor 4 bis 5 verstärkt und im fetten Bereich (λ< 1) ist ein Verstärken des Ausgangssignals nicht erforderlich. Vor diesem Hintergrund ist es besonders vorteilhaft, die Umwandlungseinheit in drei Bereiche zu unterteilen. Nämlich einen Bereich zum Regeln im Bereich von λ= 1 ( z . B . zwischen λ = 0,97 und λ= 1,03), einen fetten Bereich (z. B . λ < 0,97) und einen mageren Bereich (z. B . λ > 1,03). Dadurch wird die zum Ermitteln des λ-Kehrwerts aus dem gemessenen Ausgangssignal der λ-Sonde benötigte Rechenzeit verkürzt. When using a Nernst type λ probe, the output signal of the λ probe is of small size in the lean range (approx. 100 to 30 mV). With the measuring devices common today in automotive engineering, it is therefore necessary to amplify the output signal in the lean range (eg VF = 7). In the range of λ = 1 the output signal is amplified by a factor of 4 to 5 and in the rich range (λ <1) it is not necessary to amplify the output signal. Against this background, it is particularly advantageous to divide the conversion unit into three areas. Namely, a range for regulation in the range of λ = 1 (e.g. between λ = 0.97 and λ = 1.03), a rich range (e.g. λ <0.97) and a lean range (e.g. B. Λ> 1.03). This shortens the computing time required to determine the λ reciprocal from the measured output signal of the λ probe.

Claims

Ansprüche 01) Steuer-/Regel system zum Einstellen des Luft/Kraftstoff- Gemisches einer Brennkraftmaschine (12) mitClaims 01) Control system for adjusting the air / fuel mixture of an internal combustion engine (12)
- einer dem Abgas der Brennkraftmaschine (12) ausgesetzten Lambdasonde (14), die ein Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für die Luftzahl λ darstellt,a lambda probe (14) which is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine (12) and which emits an output signal which represents a measure of the air ratio λ,
- einem Grundspeicher (10) zum Speichern von Kraftstoffzumeßzeiten in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine (12) zum Vorsteuern der Brennkraftmaschine (12) auf eine vorgegebene Luftzahl λ ,- a basic memory (10) for storing fuel metering times as a function of operating parameters of the internal combustion engine (12) for precontrolling the internal combustion engine (12) to a predetermined air ratio λ,
- einem Sollwertspeicher (18) zum Speichern von Sollwerten der Luftzahl λ in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine (12) und- A setpoint memory (18) for storing setpoints of the air ratio λ as a function of operating parameters of the internal combustion engine (12) and
- einer Regeleinrichtung (20), die in Abhängigkeit eines jeweils gemessenen Ausgangssignals der λ-Sonde und eines zugeordneten aus dem Soll wertspeicher (18) ausgelesenen Sollwerts die jeweilige aus dem Grundspeicher (10) ausgelesene Kraftstoffzumeßzeit korrigiert (überlagerte λ-Regelung) dadurch gekennzeichnet, daß- A control device (20) which, depending on a respectively measured output signal of the λ probe and an assigned setpoint value read from the setpoint memory (18), corrects the respective fuel metering time read out from the basic memory (10) (superimposed λ control), that
- der Sollwertspeicher (12) Kehrwerte der Luftzahl λ als Sollwerte speichert, - die jeweils aus dem Grundspeicher (10) ausgelesene Kraftstoffzumeßzeit mit dem zugeordneten, aus dem Sollwertspeieher (18) ausgelesenen Kehrwert (Soll) der Luftzahl λ zum Gewinnen einer an eine Änderung der vorgegebenen Luftzahl λ angepaßten Kraftstoffzumeßzeit multiplikativ verknüpft wird,the setpoint memory (12) stores reciprocal values of the air ratio λ as setpoints, - The fuel metering time read from the basic memory (10) is multiplicatively linked to the assigned reciprocal (target) of the air ratio λ read from the setpoint value memory (18) in order to obtain a fuel metering time adapted to a change in the predetermined air ratio λ,
- eine Umwandlungseinrichtung (16) vorhanden ist, die mit Hilfe eines zumindest näherungsweise bekannten sondencharakteristischen Zusammenhangs zwischen dem Ausgangssignal der Lambdasonde und der Luftzahl λ das Ausgangssignal in einen entsprechenden Kehrwert/λ der Luftzahl λ als Istwert umwandelt.- A conversion device (16) is present, which converts the output signal into a corresponding reciprocal value / λ of the air ratio λ as the actual value with the aid of an at least approximately known probe-characteristic relationship between the output signal of the lambda probe and the air ratio λ.
02) Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundspeicher (10), der Sollwertspeieher (18), die Regeleinrichtung und die Umwandlungseinrichtung (16) durch einen Mikrorechner gebildet sind.02) Control system according to claim 1, characterized in that the basic memory (10), the setpoint value memory (18), the control device and the conversion device (16) are formed by a microcomputer.
03) Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, die Speicherwerte des Grundspeicher (10), des Sollwertspeicher (18) und der sondencharakteristische Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal der λ-Sonde und der Luftzahl λ in Kennfeldern abgelegt sind, die mittels Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine (12) adressierbar sind. 03) Control system according to claim 2, characterized in that, the stored values of the basic memory (10), the setpoint memory (18) and the probe characteristic relationship between the output signal of the λ probe and the air ratio λ are stored in maps which are provided by means of operating parameters of the internal combustion engine (12) are addressable.
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