EP0481975B1 - Process and device for lambda value control - Google Patents
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- EP0481975B1 EP0481975B1 EP89905392A EP89905392A EP0481975B1 EP 0481975 B1 EP0481975 B1 EP 0481975B1 EP 89905392 A EP89905392 A EP 89905392A EP 89905392 A EP89905392 A EP 89905392A EP 0481975 B1 EP0481975 B1 EP 0481975B1
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- lambda
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—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
Definitions
- the invention relates to a method and a device for setting the lambda value for the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine.
- the lambda values of a fuel mixture are regulated in order to set optimal conversion conditions for a catalytic converter which is arranged in the exhaust gas duct of an internal combustion engine.
- the conversion takes place only in a narrow range of lambda values. Where the center of the range is best depends on the operating status. This is because the different pollutants, i.e. carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, occur in different concentrations in different operating states and because the usual catalysts convert these pollutants best into non-harmful gases at different lambda values. For example, nitrogen oxides are optimally converted at lambda values that are richer than the stoichiometric value, while carbon monoxide and hydrocarbons are better converted in the lean range. Since the main focus is on the removal of nitrogen oxides, catalysts are mainly operated in the slightly rich range.
- the concentration of carbon monoxide is based essentially on inhomogeneous mixture distribution and on fluctuations in the mixture composition from cycle to cycle.
- the effects mentioned also influence the emission of hydrocarbons, which moreover depends strongly on the combustion temperature, and increases with decreasing combustion temperature. In contrast, the emission of nitrogen oxides decreases with decreasing combustion temperature.
- the mixture distribution and fluctuations thereof as well as the respective combustion temperature depend on the speed and the load.
- the different pollutant composition in different operating states therefore requires different lambda values to be set in the different operating states.
- Different lambda values can be set by changing at least one control parameter of the means used for the two-point control. This measure is described in DE 25 45 759 A1 (US-4,210,106). In practical applications, e.g. B. an extended integration time in the bold direction stored in a characteristic or a map addressable via values of operating variables.
- DE-A1-32 24 347 discloses a "device for reducing exhaust gas pollutant components of an internal combustion engine", each with an O2 probe before and after the catalyst.
- the downstream probe serves as a guide probe in order to readjust an average lambda value in the event of deviations from the optimal composition of the air-fuel ratio. This can be achieved by modifying the control parameters.
- the invention is based on the object of specifying a method for regulating the lambda value with which the desired average lambda value can be set with great accuracy for all operating states.
- the invention is also based on the object of specifying a device for carrying out such a method.
- the method according to the invention is characterized in that it not only determines the current actual lambda value with the aid of whose two-point control takes place, but also uses the mean lambda value as the actual lambda measurement value, which is used with a predetermined lambda measurement setpoint to form a measurement deviation it is compared on the basis of which measurement deviation at least one control parameter is changed in such a way that an actual lambda measurement value should occur which reduces the measurement deviation mentioned.
- a control parameter is therefore no longer only determined as a function of values of operating variables in the respective operating state in order to achieve a certain average lambda value at which the catalytic converter converts optimally, but it is additionally monitored whether the desired value is actually achieved and if not , the specified control parameter is changed in such a way that the actual lambda measurement value actually desired for optimal conversion should occur.
- the actual lambda measurement value which is the mean lambda value, can either be determined by averaging the oscillating lambda value as supplied by the lambda probe used for control, or the lambda value behind the catalytic converter can be measured with a second probe will.
- the actual lambda measurement value is preferably determined with such a probe if such a probe is present anyway is, e.g. B. to monitor the catalyst activity. If there is no second probe behind the catalytic converter, it is generally more advantageous to form the actual lambda measurement value by averaging the lambda value used for control.
- Fig. 4 The main functional flow in Fig. 4 is as follows. Depending on the values of the speed n and the load L, preliminary fuel injection times TIV are determined by a pilot control 10. These are converted into injection times TI by a link 11, which will be discussed in more detail below an injection device 14 arranged in the intake manifold 12 of an internal combustion engine 13. The fuel quantity injected into the intake air flow results in a specific lambda value, which is measured as the actual lambda control value by a lambda probe 16 arranged in the exhaust gas duct 15 of the internal combustion engine 13. This actual lambda control value is compared with a lambda control setpoint, which is supplied by a means 17 for outputting the setpoint. 4 that this value should be a reference voltage UREF of 450 mV.
- a lambda control 19 determines a manipulated value in the form of a control factor FR, by which the provisional injection time TIV is multiplied in the link 11. If the actual lambda control value remains below the lambda control setpoint, this means that the mixture burned in the internal combustion engine 13 is too lean. A control factor FR> 1 is then output, whereby a longer actual injection time TI is formed from the preliminary injection time TIV.
- FIGS. 1a - 3a Possible courses of the actual lambda control value are shown in FIGS. 1a - 3a and associated courses of control factors FR in FIGS. 1b - 3b.
- FIG. 1 begins with a point in time at which the actual lambda control value, hereinafter referred to as the probe voltage, drops from rich to lean, ie from a value that indicates a mixture that is richer than a mixture corresponds, which leads to the reference voltage UREF, to a mixture that is leaner.
- the probe voltage passes through the reference voltage in leaps and bounds. The same applies to the return from lean to rich.
- the lambda control 19 reverses the integration direction for gaining the control factor FR from the control deviation, so that the control factor is increased from values below 1.
- the time between the reversal of the direction of integration and reaching the control factor 1 is shown in FIG.
- the control factor is not symmetrical by the value 1, but oscillates symmetrically around a value slightly less than 1.
- the mean lambda value is therefore slightly lean.
- the jump behavior of the probe leads to a shift into lean, in which the measured value jumps faster from lean to rich when the mixture changes abruptly than with a reverse change.
- the direction of integration is not immediately reversed from enriching to emaciating, but it is further enriched over a delay time TV before the jump in the probe voltage follows the control direction.
- the control factor FR is therefore in the range of values> 1 during the time period TT + 2TV + TF.
- the range for values ⁇ 1 remains unchanged over the time period TT + TM.
- the measure leads to an averaged control factor> 1, which is shown in FIG. 2b by a dash-dotted line.
- a means 21 for setting the size of the upward jump PAUF a means 22 for setting the size of a downward jump PAB
- a means 23 for setting the upward integration time IAUF and a means 24 for Setting the downward integration time IAB shown.
- the means 21 and 22 for setting the jump sizes only dashed lines are drawn to the lambda control 19. This is because, in practice, these quantities are only changed with the delay time TV in exceptional cases. This is related to the vibration behavior of the entire controlled system. As explained with reference to FIGS. 2 and 3, the introduction of a delay time leads to an increased oscillation period, while the introduction of an upward jump and correspondingly a downward jump leads to a shortening of the oscillation period.
- a pilot control adaptation 25 and a compensation 26 are also shown in FIG. 4.
- the latter serves to influence the influence of measured quantities on the injection time, e.g. B. to compensate for the influence of the battery voltage.
- the pilot control adaptation serves to compensate for the influence of unmeasured disturbance variables, e.g. B. Air pressure or temperature fluctuations.
- control value in the example the control factor FR
- the lambda value oscillate around respective average values.
- At least one control parameter, in the example the delay time TV is changed depending on the respective operating state in such a way that an average lambda value for optimal pollutant conversion should stop. In practice, however, this is not always achieved, which leads to poorer exhaust gas quality than is desired.
- Very good exhaust gas quality in all operating states can be achieved with the aid of a lambda measuring probe 28 arranged behind the catalytic converter 27, a means 29 for outputting the measurement setpoint, a measured value comparison step 30 and a controller adaptation 31.
- the measured value comparison step 30 the actual lambda measurement value, as supplied by the lambda measurement probe 28, is compared with the lambda measurement setpoint from the means 29 for outputting the measurement setpoint to form a measurement deviation.
- the measurement deviation is fed to the controller adaptation 31. If the measurement deviation is negative, that is to say the actual lambda measurement value is greater than the desired lambda measurement value, this is a sign that the average lambda value as it occurs behind the catalytic converter 27 is too rich.
- This humiliation step can be a fixed step size or a step size determined according to a predefined calculation method, e.g. B. have a step size proportional to the measurement deviation. Which step size is best used depends on the vibration behavior of the entire controlled system.
- Fig. 4 not only is a solid line of influence drawn from the controller adaptation 31 to the means 20 for setting the delay time TV, but there are also dashed lines between the controller adaptation 31 and the means for setting the upward jump PAUF, the means 22 for setting the downward jump PAB , the means 23 for setting the upward integration time IAUF, the means 24 for setting the downward integration time IAB and the means 29 for measuring setpoint output.
- the line to the means 21 for setting the upward jump PAUF is dashed, since in the example it is assumed that the delay time TV is changed in order to set the desired average lambda value.
- the integration times IAUF and IAB are expediently not used to set the desired average lambda value, since, as explained above, these variables are typically changed to set a constant amplitude of the control oscillation at different speeds. The clarity of the regulation is made more difficult if these variables are changed depending on different values. In the event of special conditions, however, changing the integration times, depending on the measurement deviation, can be particularly useful.
- the average lambda value can also be changed by shifting the reference voltage for the two-point control. Due to the jumping behavior of the lambda probe 16, however, there are only slight displacement options.
- the average lambda value is not determined by measurement downstream of the catalytic converter 27, but rather by an averaging 32, the actual lambda measurement value is determined from the actual lambda controller value by the lambda probe 16 by averaging.
- the averaging takes place e.g. B. by averaging over an entire oscillation of the lambda controller actual value, that is, for. B. from a jump from lean to rich to the next jump from lean to rich.
- the means 29 for outputting the measurement setpoint value preferably has a memory in which lambda measurement setpoint values are stored in an addressable manner via values of operating variables.
- the setpoints are determined in such a way that they correspond to the mean lambda value which leads to optimal pollutant conversion in the respective operating state.
- Addressing operating variables are preferably the speed n and a variable dependent on the load L, for. B. the accelerator pedal position, the throttle valve angle or the intake air mass.
- the setpoints can also be determined on characteristic curves or by calculations based on a formula.
- All of the means, method steps and memory mentioned are preferably formed by the hardware and software of a microcomputer, as is typically used in automotive electronics.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des Lambdawertes für das einer Brennkraftmaschine zuzuführende Luft/Kraftstoffgemisch.The invention relates to a method and a device for setting the lambda value for the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine.
Der Lambdawerte eines Kraftstoffgemisches wird geregelt, um optimale Konvertierungsbedingungen für einen Katalysator einzustellen, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Konvertierung findet nur in einem engen Bereich von Lambdawerten statt. Wo die Mitte des Bereiches am besten liegt, hängt vom jeweiligen Betriebszustand ab. Dies, weil bei unterschiedlichen Betriebszuständen die verschiedenen Schadstoffe, also Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide, in unterschiedlicher Konzentration auftreten und da die üblichen Katalysatoren diese Schadstoffe bei unterschiedlichen Lambdawerten am besten in nichtschädliche Gase konvertieren. So werden Stickoxide bei Lambdawerten, die fetter sind als der stöchiometrische Wert optimal konvertiert, während Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe im mageren Bereich besser konvertiert werden. Da der Beseitigung der Stickoxide das Hauptaugenmerk gilt, werden Katalysatoren vorwiegend im leicht fetten Bereich betrieben.The lambda values of a fuel mixture are regulated in order to set optimal conversion conditions for a catalytic converter which is arranged in the exhaust gas duct of an internal combustion engine. The conversion takes place only in a narrow range of lambda values. Where the center of the range is best depends on the operating status. This is because the different pollutants, i.e. carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, occur in different concentrations in different operating states and because the usual catalysts convert these pollutants best into non-harmful gases at different lambda values. For example, nitrogen oxides are optimally converted at lambda values that are richer than the stoichiometric value, while carbon monoxide and hydrocarbons are better converted in the lean range. Since the main focus is on the removal of nitrogen oxides, catalysts are mainly operated in the slightly rich range.
Die Konzentration von Kohlenmonoxid beruht im wesentlichen auf inhomogener Gemischverteilung und auf Schwankungen der Gemischzusammensetzung von Zyklus zu Zyklus. Die genannten Effekte beeinflussen auch die Emission von Kohlenwasserstoffen, die darüberhinaus stark von der Verbrennungstemperatur abhängt, wobei sie mit abnehmender Verbrennungstemperatur zunimmt. Demgegenüber nimmt die Emission von Stickoxiden mit abnehmender Verbrennungstemperatur ab. Die Gemischverteilung und Schwankungen derselben sowie die jeweilige Verbrennungstemperatur hängen von der Drehzahl und der Last ab. Die somit bei unterschiedlichen Betriebszuständen unterschiedliche Schadstoffzusammensetzung fordert das Einstellen unterschiedlicher Lambdawerte bei den verschiedenen Betriebszuständen.The concentration of carbon monoxide is based essentially on inhomogeneous mixture distribution and on fluctuations in the mixture composition from cycle to cycle. The effects mentioned also influence the emission of hydrocarbons, which moreover depends strongly on the combustion temperature, and increases with decreasing combustion temperature. In contrast, the emission of nitrogen oxides decreases with decreasing combustion temperature. The mixture distribution and fluctuations thereof as well as the respective combustion temperature depend on the speed and the load. The different pollutant composition in different operating states therefore requires different lambda values to be set in the different operating states.
Unterschiedliche Lambdawerte lassen sich dadurch einstellen, daß mindestens ein Regelparameter des verwendeten Mittels zur Zweipunktregelung verändert wird. Diese Maßnahme ist in der DE 25 45 759 A1 (US-4.210.106) beschrieben. Bei praktischen Anwendungen ist z. B. eine verlängernde Integrationszeit in Richtung fett in einer Kennlinie oder einem Kennfeld adressierbar über Werte von Betriebsgrößen abgespeichert.Different lambda values can be set by changing at least one control parameter of the means used for the two-point control. This measure is described in
Die DE-A1-32 24 347 offenbart eine "Einrichtung zum Verringern von Abgas-Schadstoffkomponenten einer Brennkraftmaschine" mit je einer O₂-Sonde vor und nach dem Katalysator. Die stromabwärts liegende Sonde dient als Führungssonde, um bei Abweichungen von der optimalen Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eine Nachregelung eines mittleren Lambda-Wertes zu bewirken. Dies läßt sich durch Modifikation der Regelparameter erreichen.DE-A1-32 24 347 discloses a "device for reducing exhaust gas pollutant components of an internal combustion engine", each with an O₂ probe before and after the catalyst. The downstream probe serves as a guide probe in order to readjust an average lambda value in the event of deviations from the optimal composition of the air-fuel ratio. This can be achieved by modifying the control parameters.
Es hat sich herausgestellt, daß es mit der beschriebenen Maßnahme in der Praxis nicht immer möglich ist, genau denjenigen mittleren Lambdawerte einzustellen, der für einen jeweils vorliegenden Betriebszustand zur optimierten Konvertierungsrate für die verschiedenen Schadstoffe führt.It has been found that with the measure described it is not always possible in practice to set precisely the mean lambda values which lead to an optimized conversion rate for the various pollutants for a given operating state.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln des Lambdawertes anzugeben, mit dem der gewünschte mittlere Lambdawert für alle Betriebszustände mit großer Genauigkeit eingestellt werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for regulating the lambda value with which the desired average lambda value can be set with great accuracy for all operating states. The invention is also based on the object of specifying a device for carrying out such a method.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 5 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The method according to the invention is given by the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es nicht nur den jeweils aktuellen Lambda-Istwert ermittelt, mit Hilfe dessen Zweipunktregelung stattfindet, sondern daß es zusätzlich den mittleren Lambdawert als Lambda-Meßistwert verwendet, der mit einem vorgegebenen Lambda-Meßsollwert zum Bilden einer Meßabweichung verglichen wird, aufgrund welcher Meßabweichung mindestens ein Regelparameter so verändert wird, daß sich ein Lambda-Meßistwert einstellen sollte, der die genannte Meßabweichung verringert. Ein Regelparameter wird also nicht mehr nur abhängig von Werten von Betriebsgrößen im jeweils vorliegenden Betriebszustand bestimmt, um einen gewissen mittleren Lambdawert zu erzielen, bei dem der Katalysator optimal konvertiert, sondern es wird zusätzlich überwacht, ob der gewünschte Wert tatsächlich erreicht wird, und falls nicht, wird der vorgegebene Regelparameter so verändert, daß sich der für optimale Konvertierung tatsächlich gewünschte Lambda-Meßistwert einstellen sollte.The method according to the invention is characterized in that it not only determines the current actual lambda value with the aid of whose two-point control takes place, but also uses the mean lambda value as the actual lambda measurement value, which is used with a predetermined lambda measurement setpoint to form a measurement deviation it is compared on the basis of which measurement deviation at least one control parameter is changed in such a way that an actual lambda measurement value should occur which reduces the measurement deviation mentioned. A control parameter is therefore no longer only determined as a function of values of operating variables in the respective operating state in order to achieve a certain average lambda value at which the catalytic converter converts optimally, but it is additionally monitored whether the desired value is actually achieved and if not , the specified control parameter is changed in such a way that the actual lambda measurement value actually desired for optimal conversion should occur.
Der Lambda-Meßistwert, der ja der mittlere Lambdawert ist, kann entweder dadurch bestimmt werden, daß der schwingende Lambdawert, wie er von der zum Regeln verwendeten Lambdasonde geliefert wird, gemittelt wird, oder es kann der Lambdawert hinter dem Katalysator mit einer zweiten Sonde gemessen werden.The actual lambda measurement value, which is the mean lambda value, can either be determined by averaging the oscillating lambda value as supplied by the lambda probe used for control, or the lambda value behind the catalytic converter can be measured with a second probe will.
Der Lambda-Meßistwert wird vorzugsweise mit einer solchen Sonde bestimmt, wenn eine derartige Sonde ohnehin vorhanden ist, z. B. um die Katalysatoraktivität zu überwachen. Fehlt es an dieser zweiten Sonde hinter dem Katalysator, ist es im allgemeinen vorteilhafter, den Lambda-Meßistwert durch Mittelung des zur Regelung verwendeten Lambdawertes zu bilden.The actual lambda measurement value is preferably determined with such a probe if such a probe is present anyway is, e.g. B. to monitor the catalyst activity. If there is no second probe behind the catalytic converter, it is generally more advantageous to form the actual lambda measurement value by averaging the lambda value used for control.
Welcher der verschiedenen Regelparameter aufgrund der bestimmten Meßabweichung verändert wird, hängt vom Schwingungsverhalten des geregelten Gesamtsystemes ab. Soll z. B. der Lambdawert etwas weiter in Richtung fett verschoben werden, kann entweder die Zusatzintegrierzeit verlängert werden oder der Proportionalsprung in Richtung fett vergrößert werden. Die erstere Maßnahme führt zu einem Verlängern der Schwingungszeit der Zweipunktregelung, während die zweite Maßnahme zu einer Verkürzung führt. Letzteres hat zwar ein schnelleres Ausregeln von Fehlern zur Folge, jedoch mit dem Nachteil höherer Schwingungsneigung. Dies macht deutlich, daß das Gesamtverhalten des geregelten Systemes bei der Auswahl des zu verändernden Regelparameters oder der zu verändernden Regelparameter zu berücksichtigen ist.Which of the various control parameters is changed due to the determined measurement deviation depends on the vibration behavior of the controlled overall system. Should z. For example, if the lambda value is shifted a little further in the bold direction, either the additional integration time can be extended or the proportional jump in the bold direction can be increased. The first measure leads to an increase in the oscillation time of the two-point control, while the second measure leads to a shortening. The latter results in faster correction of errors, but with the disadvantage of a higher tendency to vibrate. This makes it clear that the overall behavior of the controlled system must be taken into account when selecting the control parameter or the control parameters to be changed.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeisplelen näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1a, b
- ein Diagramm des zeitlich schwingenden Lambdawertes bei Zweipunktregelung und ein zeitkorreliertes Diagramm des Verlaufs des Stellwertes;
- Fig. 2a, b
- Diagramme entsprechend denen von Fig. 1, jedoch unter Verwendung einer zusätzlichen Integrationszeit zum Gewinnen des Stellwertes;
- Fig. 3a, b
- Diagramme entsprechend denen von Fig. 1, jedoch unter Verwendung eines Proportionalsprunges zum Gewinnen des Stellwertes;
- Fig. 4
- ein Funktionsdiagramm in Form eines Blockfunktionsbildes zum Erläutern eines Verfahrens mit Regelparametern, die aufgrund einer Meßabweichung veränderbar sind, die mit Hilfe eines mittleren Lambdawertes gebildet wird, der von einer Sonde hinter einem Katalysator gemessen wird; und
- Fig. 5
- eine Variante des Funktionsablaufs von Fig. 2, gemäß der der mittlere Lambdawert durch Mitteln des Lambdawertes gewonnen wird, der zur Zweipunktregelung verwendet wird.
Show it:
- 1a, b
- a diagram of the time-oscillating lambda value with two-point control and a time-correlated diagram of the course of the manipulated variable;
- 2a, b
- Diagrams corresponding to those of FIG. 1, but using an additional integration time to obtain the manipulated variable;
- 3a, b
- Diagrams corresponding to those of Figure 1, but using a proportional jump to gain the manipulated variable.
- Fig. 4
- a functional diagram in the form of a block functional diagram for explaining a method with control parameters that can be changed due to a measurement deviation that is formed using an average lambda value that is measured by a probe behind a catalytic converter; and
- Fig. 5
- 2, according to which the average lambda value is obtained by averaging the lambda value that is used for the two-point control.
Bevor auf Details der Erfindung eingegangen wird, sei zunächst die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ausgehend vom oberen Teil von Fig. 4 und unter Zuhilfenahme der Fig. 1 - 3 erläutert.Before going into details of the invention, the problems on which the invention is based are first explained starting from the upper part of FIG. 4 and with the aid of FIGS. 1-3.
In Fig. 4 ist im unteren Teil eine waagerechte, strichpunktierte Linie gezogen. Funktionen oberhalb dieser Linie sind aus dem Stand der Technik bekannt, während unterhalb der Linie eingezeichnete Funktionen samt in den oberen Teil reichende Einflußlinien neu sind.4, a horizontal, dash-dotted line is drawn in the lower part. Functions above this line are known from the prior art, while functions drawn below the line, along with lines of influence reaching into the upper part, are new.
Der Hauptfunktionsablauf in Fig. 4 ist der folgende. Abhängig von Werten der Drehzahl n und der Last L werden durch eine Vorsteuerung 10 vorläufige Kraftstoffeinspritzzeiten TIV bestimmt. Diese werden durch eine Verknüpfung 11, auf die noch näher eingegangen wird, in Einspritzzeiten TI gewandelt, die einer im Saugrohr 12 einer Brennkraftmaschine 13 angeordneten Einspritzeinrichtung 14 zugeführt werden. Die in den angesaugten Luftstrom eingespritzte Kraftstoffmenge hat einen bestimmten Lambdawert zur Folge, der als Lambda-Regelistwert von einer im Abgaskanal 15 der Brennkraftmaschine 13 angeordneten Lambdasonde 16 gemessen wird. Dieser Lambda-Regelistwert wird mit einem Lambda-Regelsollwert verglichen, der von einem Mittel 17 zur Sollwertausgabe geliefert wird. In Fig. 4 ist eingetragen, daß dieser Wert eine Referenzspannung UREF von 450 mV sein soll. Dies deutet an, daß in der Praxis häufig nicht Lambdawerte miteinander verglichen werden, sondern Spannungen, wie sie von einer Lambdasonde bei einem gewissen Lambdawert abgegeben werden. Der Vergleich zwischen Lambda-Regelsollwert und Lambda-Regelistwert findet in einem Vergleichsschritt 18 statt, in dem die Regelabweichung als Differenz zwischen den genannten Werten gebildet wird. Aufgrund der Regelabweichung bestimmt eine Lambdaregelung 19 einen Stellwert in Form eines Regelfaktors FR, mit dem die vorläufige Einspritzzeit TIV in der Verknüpfung 11 multipliziert wird. Bleibt der Lambda-Regelistwert unter dem Lambda-Regelsollwert bedeutet dies, daß das in der Brennkraftmaschine 13 verbrannte Gemisch zu mager ist. Es wird dann ein Regelfaktor FR > 1 ausgegeben, wodurch aus der vorläufigen Einspritzzeit TIV eine längere tatsächliche Einspritzzeit TI gebildet wird.The main functional flow in Fig. 4 is as follows. Depending on the values of the speed n and the load L, preliminary fuel injection times TIV are determined by a
Mögliche Verläufe des Lambda-Regelistwertes sind in den Fig. 1a - 3a und jeweils zugehörige Verläufe von Regelfaktoren FR in den Fig. 1b - 3b dargestellt.Possible courses of the actual lambda control value are shown in FIGS. 1a - 3a and associated courses of control factors FR in FIGS. 1b - 3b.
Die Erläuterung von Fig. 1 sei mit einem Zeitpunkt begonnen, in dem der Lambda-Regelistwert, im folgenden Sondenspannung genannt, von fett nach mager abfällt, d. h. von einem Wert, der ein Gemisch anzeigt, das fetter ist als es einem Gemisch entspricht, das zur Referenzspannung UREF führt, zu einem Gemisch, das magerer ist. Das Durchlaufen der Sondenspannung durch die Referenzspannung erfolgt sprunghaft. Dasselbe gilt für den Rücksprung von mager nach fett. In dem Moment, in dem die Sondenspannung beim Sprung von fett nach mager die Referenzspannung durchläuft, dreht die Lambdaregelung 19 die Integrationsrichtung für das Gewinnen des Regelfaktors FR aus der Regelabweichung um, so daß der Regelfaktor von Werten unterhalb 1 erhöht wird. Die Zeit zwischen dem Umkehren der Integrationsrichtung und dem Erreichen des Regelfaktors 1 ist in Fig. 1b eingezeichnet und mit TM bezeichnet. Nach dem Erreichen des Wertes 1 geht die Integration jedoch weiter, da die Sondenspannung noch den Wert mager anzeigt, obwohl der Regelfaktor bereits zu einem fetten Gemisch auf der Saugseite führt. Diese fette Gemisch wird jedoch erst um eine Totzeit TT verzögert von der Lambdasonde 16 festgestellt. Mit Ablauf dieser Totzeit TT springt die Sondenspannung von mager nach fett. Dieses Springen hat eine erneute Umkehr der Integrationsrichtung zur Folge. Der Regelfaktor FR wird nun verkleinert, so daß er nach Ablauf einer Zeit TF seit dem Sprung wieder den Wert 1 erreicht. Bei weiterem Erniedrigen des Regelfaktors FR wird saugseitig ein mageres Gemisch eingestellt, was jedoch an der Lambdasonde 16 erneut erst nach Ablauf der Totzeit TT zu einem Sprung im Meßsignal führt, diesmal von fett nach mager. In Fig. 1b ist, wie übrigens auch in den Fig. 2b und 3b angenommen, daß die Integrationszeit TAUF für Aufwärtsintegration und die Integrationszeit TAB für Abwärtsintegration gleich groß sind. Dann sind die Zeitintervalle TM + TT sowie TF + TT gleich groß, so daß der Regelfaktor symmetrisch um den Wert 1 und die Sondenspannung symmetrisch um die Referenzspannung UREF schwingen. Es wird darauf hingewiesen, daß bei einer Referenzspannung UREF zwischen etwa 400 mV und 550 mV, wie sie in der Praxis verwendet wird, der Regelfaktor nicht symmetrisch um den Wert 1, sondern symmetrisch um einen Wert etwas kleiner als 1 schwingt. Der mittlere Lambdawert liegt also leicht im Mageren. Zu einer Verschiebung ins Magere führt darüberhinaus auch das Sprungverhalten der Sonde, bei der Meßwert bei einer sprunghaften Änderung des Gemisches von mager nach fett schneller springt als bei einer umgekehrten Änderung.The explanation of FIG. 1 begins with a point in time at which the actual lambda control value, hereinafter referred to as the probe voltage, drops from rich to lean, ie from a value that indicates a mixture that is richer than a mixture corresponds, which leads to the reference voltage UREF, to a mixture that is leaner. The probe voltage passes through the reference voltage in leaps and bounds. The same applies to the return from lean to rich. At the moment when the probe voltage passes through the reference voltage during the jump from rich to lean, the
Die eben genannten Effekte führen also zu einer Magerverschiebung. Dem entgegengesetzt ist es jedoch, wie oben erwähnt, zum Erniedrigen der Anteil der Stickoxide im Abgas erwünscht, daß im Mittel ein leicht fetter Lambdawert vorliegt. Die Lambdaregelung 19 muß entsprechend betrieben werden. Dazu stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, von denen anhand der Fig. 2 und 3 zwei erläutert werden.The effects just mentioned therefore lead to a lean shift. On the contrary, however, as mentioned above, in order to reduce the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas, it is desirable for the lambda value to be slightly rich on average.
Gemäß Fig. 2b wird gemäß der einen Maßnahme dann, wenn die Sondenspannung von mager nach fett springt, die Integrationsrichtung nicht sofort von anfettend in abmagernd umgedreht, sondern es wird über eine Verzögerungszeit TV noch weiter angefettet, bevor dem Sprung in der Sondenspannung der Sprung in der Regelrichtung folgt. Zwischen dem Zeitpunkt des Sprunges in der Sondenspannung und demjenigen Zeitpunkt, in dem der Regelfaktor den Wert 1 durchläuft, vergeht dann nicht mehr nur die Zeit TF, sondern die Zeit 2TV + TF. Der Regelfaktor FR befindet sich daher während der Zeitspanne TT + 2TV + TF im Bereich von Werten > 1. Der Bereich für Werte < 1 besteht dagegen unverändert über die Zeitspanne TT + TM. Die Maßnahme führt zu einem gemittelten Regelfaktor > 1, was in Fig. 2b durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Durch unterschiedliche Wahl der Verzögerungszeit TV läßt sich der mittlere Regelfaktor und damit der mittlere Lambdawert unterschiedlich weit in Richtung fett verschieben. Je stärker die Verschiebung, desto mehr erhöht sich die Periode der Regelschwingung.According to FIG. 2b, according to the one measure, when the probe voltage jumps from lean to rich, the direction of integration is not immediately reversed from enriching to emaciating, but it is further enriched over a delay time TV before the jump in the probe voltage follows the control direction. Between the point in time of the jump in the probe voltage and the point in time in which the control factor passes through the
Ebenfalls eine Verschiebung in Richtung fett, jedoch mit Erniedrigung der Periode der Regelschwingung läßt sich durch eine Maßnahme erzielen, wie sie anhand der Fig. 3a und b veranschaulicht ist. Es wird nämlich dann, wenn die Sondenspannung von fett nach mager springt, der Regelfaktor FR sprunghaft um einen Proportionalanteil PAUF erhöht, bevor sich die Aufwärtsintegration mit der Integrationszeit TAUF anschließt. Durch die sprunghafte Aufwärtsänderung vergeht nur eine kurze Zeit TM' zwischen der Änderung in der Sondenspannung von fett nach mager und demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Regelfaktor FR den Wert 1 von kleineren Werten herkommend erreicht. Werte < 1 für den Regelfaktor FR bestehen somit nur noch während der Zeitspanne TT + TM', die kürzer ist als die Zeitspanne TT + TM gemäß dem Verfahren von Fig. 1b. Die Zeitspanne TT + TF bleibt unverändert. Je größer der Aufwärtssprung PAUF ist, desto mehr verschiebt sich der mittlere Regelfaktor zu Werten > 1, was einen zunehmend fetteren mittleren Lambdawert zur Folge hat. Die Schwingungsperiode der Zweipunktregelung nimmt dagegen immer weiter ab.Likewise, a shift in the bold direction, but with a lowering of the period of the control oscillation, can be achieved by a measure as illustrated with reference to FIGS. 3a and b. When the probe voltage jumps from rich to lean, the control factor FR is suddenly increased by a proportional portion PAUF before the upward integration follows with the integration time TAUF. Due to the sudden upward change, only a short time TM 'passes between the change in the probe voltage from rich to lean and the point in time at which the control factor FR reaches the
In Fig. 4, und zwar noch im Teil oberhalb der strichpunktierten Linie, ist dargestellt, wie die beschriebene Erkenntnis genutzt wird, um für jeden Betriebszustand einen mittleren Lambdawert einzustellen, der zu optimaler Schadstoffkonvertierung führt. Es liegt nämlich ein Mittel 20 zum Einstellen der Verzögerungszeit TV abhängig von Werten der Drehzahl n und der Last L vor. Dadurch ist es möglich, die Verzögerungszeit TV betriebspunktabhängig zu verändern, also das anhand der Fig. 2a und b erläuterte Verfahren auszuüben.4, and still in part above the dash-dotted line, shows how the knowledge described is used to set an average lambda value for each operating state, which leads to optimal pollutant conversion. This is because there is a
Aus dem Mittel 20 zum Einstellen der Verzögerungszeit TV sind in Fig. 4 noch ein Mittel 21 zum Einstellen der Größe des Aufwärtssprunges PAUF, ein Mittel 22 zum Einstellen der Größe eines Abwärtssprunges PAB, ein Mittel 23 zum Einstellen der Aufwärtsintegrationszeit IAUF und ein Mittel 24 zum Einstellen der Abwärtsintegrationszeit IAB eingezeichnet. Von den Mitteln 21 und 22 zum Einstellen der Sprunggrößen sind nur gestrichelte Linien zur Lambdaregelung 19 gezogen. Dies, weil in der Praxis nur in Ausnahmefällen diese Größen zugleich mit der Verzögerungszeit TV verändert werden. Dies hängt mit dem Schwingungsverhalten des gesamten geregelten Systems zusammen. Wie anhand der Fig. 2 und 3 erläutert, führt das Einführen einer Verzögerungszeit zu erhöhter Schwingungsperiode, während das Einführen eines Aufwärtssprunges und entsprechend eines Abwärtssprunges zu einem Verkürzen der Schwingungsperiode führt. In der Regel ist es bei einem bestimmten Typ einer Brennkraftmaschine nur sinnvoll, eine einzige der beiden Maßnahmen zum Verschieben des mittleren Lambdawertes in Richtung fett anzuwenden. Zu einem solchen Verschieben könnten auch unterschiedliche Integrationszeiten IAUF und IAB verwendet werden. Diese Integrationszeiten werden in der Regel aber drehzahlabhängig verändert, um die Amplitude der Regelschwingung für alle Betriebszustände im wesentlichen konstant zu halten.From the
Außer den bisher beschriebenen Funktionen sind in Fig. 4 noch eine Vorsteuerungsadaption 25 und eine Kompensation 26 eingezeichnet. Letztere dient dazu, den Einfluß gemessener Grössen auf die Einspritzzeit, z. B. den Einfluß der Batteriespannung, zu kompensieren. Die Vorsteuerungsadaption dient dagegen dazu, den Einfluß nicht gemessener Störgrößen zu kompensieren, z. B. Luftdruck- oder Temperaturschwankungen.In addition to the functions described so far, a
Wie oben erläutert, schwingen bei einer Zweipunktregelung der Stellwert, im Beispiel der Regelfaktor FR, und der Lambdawert um jeweilige Mittelwerte. Mindestens ein Regelparameter, im Beispielsfall die Verzögerungszeit TV, wird abhängig vom jeweils vorliegenden Betriebszustand so verändert, daß sich ein mittlerer Lambdawert für optimale Schadstoffkonvertierung einstellen sollte. In der Praxis wird dies jedoch nicht immer erreicht, was zu schlechterer Abgasqualität führt, als sie gewünscht ist.As explained above, in a two-point control the control value, in the example the control factor FR, and the lambda value oscillate around respective average values. At least one control parameter, in the example the delay time TV, is changed depending on the respective operating state in such a way that an average lambda value for optimal pollutant conversion should stop. In practice, however, this is not always achieved, which leads to poorer exhaust gas quality than is desired.
Sehr gute Abgasqualität in allen Betriebszuständen läßt sich mit Hilfe einer hinter dem Katalysator 27 angeordneten Lambda-Meßsonde 28, einem Mittel 29 zur Meßsollwertausgabe, einem Meßwertvergleichsschritt 30 und einer Regleradaption 31 erzielen. Im Meßwertvergleichsschritt 30 wird der Lambda-Meßistwert, wie er von der Lambda-Meßsonde 28 geliefert wird, mit dem Lambda-Meßsollwert vom Mittel 29 zur Meßsollwertausgabe zum Bilden einer Meßabweichung verglichen. Die Meßabweichung wird der Regleradaption 31 zugeführt. Ist die Meßabweichung negativ, also der Lambda-Meßistwert größer als der Lambda-Meßsollwert, ist dies ein Zeichen dafür, daß der mittlere Lambdawert, wie er hinter dem Katalysator 27 anfällt, zu fett ist. Dies bedeutet, daß die Verzögerungszeit TV zu erniedrigen ist, was in Fig. 4 durch einen Abwärtspfeil dargestellt ist. Dieser Erniedrigungsschritt kann eine feste Schrittweite oder eine nach einem vorgegbenen Rechenverfahren bestimmte Schrittweite, z. B. eine zur Meßabweichung proportionale Schrittweite aufweisen. Welche Schrittweite am zweckmäßigsten verwendet wird, ist abhängig vom Schwingverhalten des gesamten geregelten Systems durch Versuche zu ermitteln.Very good exhaust gas quality in all operating states can be achieved with the aid of a
In Fig. 4 ist nicht nur eine durchgezogene Einflußlinie von der Regleradaption 31 zum Mittel 20 zum Einstellen der Verzögerungszeit TV gezogen, sondern gestrichelte Linien bestehen auch zwischen der Regleradaption 31 und dem Mittel zum Einstellen des Aufwärtssprunges PAUF, dem Mittel 22 zum Einstellen des Abwärtssprunges PAB, dem Mittel 23 zum Einstellen der Aufwärtsintegrationszeit IAUF, dem Mittel 24 zum Einstellen der Abwärtsintegrationszeit IAB und dem Mittel 29 zur Meßsollwert-Ausgabe. Für das gestrichelte Darstellen bestehen unterschiedliche Gründe. Die Linie zum Mittel 21 zum Einstellen des Aufwärtssprunges PAUF ist gestrichelt, da im Beispielsfall davon ausgegangen ist, daß zum Einstellen des gewünschten mittleren Lambdawertes die Verzögerungszeit TV verändert wird. Wie oben erläutert, nimmt man in der Praxis bereits bei herkömmlichen Verfahren, bei denen das Verändern alleine abhängig von Werten von Betriebsgrößen erfolgt, typischerweise Veränderungen nur an einem der verschiedenen Regelparameter vor. Entsprechend ist es beim regelnden Verändern gemäß der Erfindung zweckmäßig, jeweils nur auf einen der Regelparameter Einfluß zu nehmen.In Fig. 4, not only is a solid line of influence drawn from the
Die Integrationszeiten IAUF und IAB werden zweckmäßigerweise nicht zum Einstellen des gewünschten mittleren Lambdawertes verwendet, da diese Größen, wie oben erläutert, typischerweise zum Einstellen einer konstanten Amplitude der Regelschwingung bei unterschiedlichen Drehzahlen verändert werden. Es erschwert die Übersichtlichkeit der Regelung, wenn diese Größen in Abhängigkeit unterschiedlicher Werte verändert werden. Beim Vorliegen von Sonderbedingungen kann jedoch gerade das Verändern der Integrationszeiten auch in Abhängigkeit der Meßabweichung besonders sinnvoll sein.The integration times IAUF and IAB are expediently not used to set the desired average lambda value, since, as explained above, these variables are typically changed to set a constant amplitude of the control oscillation at different speeds. The clarity of the regulation is made more difficult if these variables are changed depending on different values. In the event of special conditions, however, changing the integration times, depending on the measurement deviation, can be particularly useful.
Auch durch Verschieben der Referenzspannung für die Zweipunktregelung läßt sich der mittlere Lambdawert verändern. Aufgrund des Sprungverhaltens der Lambdasonde 16 bestehen jedoch nur geringe Verschiebemöglichkeiten.The average lambda value can also be changed by shifting the reference voltage for the two-point control. Due to the jumping behavior of the
Soll aus Kostengründen eine zweite Meßsonde 28 nicht verwendet werden, ist ein Verfahren gemäß Fig. 5 von Vorteil. Gemäß diesem Verfahren wird der mittlere Lambdawert nicht durch Messung hinter dem Katalysator 27 bestimmt, sondern durch eine Mittelung 32 wird aus dem Lambda-Regleristwert von der Lambdasonde 16 durch Mittelwertbildung der Lambda-Meßistwert bestimmt. Die Mittelwertbildung erfolgt z. B. dadurch, daß über eine ganze Schwingung des Lambda-Regleristwertes gemittelt wird, also z. B. von einem Sprung von mager nach fett bis zum nächsten Sprung von mager nach fett. Dabei werden vorteilhafterweise die Meßwerte vor der Mittelung entsprechend der nichtlinearen Kennlinie
Das Mittel 29 zur Meßsollwert-Ausgabe weist vorzugsweise einen Speicher auf, in dem Lambda-Meßsollwerte adressierbar über Werte von Betriebsgrößen gespeichert sind. Die Sollwerte sind so bestimmt, daß sie beim jeweils vorliegenden Betriebszustand demjenigen mittleren Lambdawert entsprechen, der zu optimaler Schadstoffkonvertierung führt. Adressierbetriebsgrößen sind vorzugsweise die Drehzahl n und eine von der Last L abhängige Größe, z. B. die Fahrpedalstellung, der Drosselklappenwinkel oder die angesaugte Luftmasse. Die Sollwerte können jedoch auch auf Kennlinien oder durch Berechnungen nach einer Formel bestimmt werden.The means 29 for outputting the measurement setpoint value preferably has a memory in which lambda measurement setpoint values are stored in an addressable manner via values of operating variables. The setpoints are determined in such a way that they correspond to the mean lambda value which leads to optimal pollutant conversion in the respective operating state. Addressing operating variables are preferably the speed n and a variable dependent on the load L, for. B. the accelerator pedal position, the throttle valve angle or the intake air mass. However, the setpoints can also be determined on characteristic curves or by calculations based on a formula.
Alle genannten Mittel, Verfahrensschritte und Speicher sind vorzugsweise durch die Hard- und Software eines Mikrorechners gebildet, wie er typischerweise in der Kraftfahrzeugelektronik verwendet wird.All of the means, method steps and memory mentioned are preferably formed by the hardware and software of a microcomputer, as is typically used in automotive electronics.
Claims (6)
- Method for controlling the lambda value of the air/fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine with the aid of- a means (18, 19) for two-point control with specified control parameters, to which means the signal of a lambda control probe has to be supplied for forming the control deviation, which probe has step behaviour, in which- a required measured lambda value (29) is determined for the respectively existing operating condition,- an average lambda value is used as the actual measured lambda value,- the measurement deviation is calculated between the required measured lambda value and the actual measured lambda value (30),- and at least one control parameter is varied as a function of the measurement deviation in such a way as to set an actual measured lambda value which reduces the measurement deviation quoted, and in which- a delay time is provided as the at least one control parameter, which delay time comes into effect in the two-point control after the control deviation flips over, and- the delay time is asymmetrically configured.
- Method according to Claim 1, characterised in that the average lambda value is determined by measurement by means of a lambda measurement probe (28) behind a catalyser.
- Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the variable control parameter is varied in steps, the width of which is proportional to the measurement deviation.
- Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the variable control parameter is varied in steps of a specified fixed width.
- Appliance for controlling the lambda value of the air/fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine with the aid of- a means (18, 19) for two-point control with specified control parameters, to which means the signal of a lambda control probe has to be supplied for forming the control deviation, which probe has step behaviour,- with means, which determine a required measured lambda value (29) for the respectively existing operating condition, in which- an average lambda value is used as the actual measured lambda value,- with means, which calculate the measurement deviation between the required measured lambda value and the actual measured lambda value (30),- and with means, which vary at least one control parameter as a function of the measurement deviation in such a way as to set an actual measured lambda value which reduces the measurement deviation quoted, and- a delay time is provided as the at least one control parameter, which delay time comes into effect in the two-point control after the control deviation flips over, and- with means, which configure the delay time asymmetrically.
- Appliance according to Claim 5, characterised in that a means (29) for determining the required measured lambda values has a memory which stores required measured lambda values addressable by means of values of operating parameters.
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