EP0593800B1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb Download PDF

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EP0593800B1
EP0593800B1 EP92117861A EP92117861A EP0593800B1 EP 0593800 B1 EP0593800 B1 EP 0593800B1 EP 92117861 A EP92117861 A EP 92117861A EP 92117861 A EP92117861 A EP 92117861A EP 0593800 B1 EP0593800 B1 EP 0593800B1
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full load
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Bernhard Dipl.-Ing. Bauer (Fh)
Ludwig Dipl.-Ing. Kettl (Fh)
Stefan Dr.-Ing. Krebs
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Siemens AG
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1486—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor with correction for particular operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1486—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor with correction for particular operating conditions
    • F02D41/1488—Inhibiting the regulation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine in full load operation according to the preamble of claim 1.
  • the mixture pilot control may turn out to be lean due to incorrect detection of the air mass flow.
  • Such erroneous measured values can occur, for example, if they are recorded using quickly responding air measuring devices such as hot film air mass meters or hot wire air mass meters. Due to the high response speed, the output signal of the air measuring device follows every pulsation in the air flow. As soon as such pulsations occur, the air measuring device may no longer provide correct measured values that could be used for the mixture preparation. Even the control system cannot compensate for such faulty load detection since it is switched off in this operating state of the internal combustion engine.
  • a method for improving the mixture control during special operating states of an internal combustion engine is specified in WO 91/05153.
  • the ⁇ control remains switched on even during control operation with a limited control range and the ⁇ controller is asymmetrically effective during these special operating states, so that it regulates the fuel-air mixture only in the "rich" direction.
  • the object of the present invention is to provide a method for operating an internal combustion engine operating with air mass-guided injection, which ensures at least a stoichiometric mixture even when the air mass flow is detected incorrectly in full-load operation.
  • An injection valve 14 is assigned to each cylinder of the internal combustion engine 10, only one of which is shown.
  • the injection valves are parts of a fuel circuit, not shown, which in a manner known per se consists of a storage tank, a pressure regulator, a fuel pump, a fuel filter and corresponding lines.
  • the internal combustion engine 10 receives the combustion air via an air filter 22, an intake duct 11 and a throttle valve 25.
  • an intake air temperature sensor 20 and an air mass meter 21 are also provided in the intake duct 11, an intake air temperature sensor 20 and an air mass meter 21 are also provided. This air mass meter can be implemented either as a hot film air mass meter or as a hot wire air mass meter.
  • a position sensor 15 is assigned, which generates a signal corresponding to the throttle valve opening angle.
  • the position sensor 15 can be a throttle valve switch which triggers regardless of the speed at a predetermined throttle valve opening angle or is triggered if the throttle valve opening angle is greater than a predetermined throttle valve opening angle depending on the speed of the internal combustion engine.
  • a three-way catalytic converter 23 is provided in an exhaust gas duct 12 for separating out the constituents HC, CO and NO x contained in the exhaust gases. To detect the oxygen concentration in the exhaust gas, a ⁇ probe is inserted in the exhaust duct 12 upstream of the three-way catalytic converter.
  • a speed sensor 17 for detecting the engine speed and a coolant temperature sensor 19 are provided at suitable points on the internal combustion engine.
  • the outputs of the sensors mentioned and the inputs of the actuators mentioned are connected via interfaces to corresponding inputs and outputs of an electronic control device 13.
  • Such electronic control devices for internal combustion engines which in addition to fuel injection can also perform a variety of other tasks (eg ignition control), are known per se, so that only the structure and the mode of operation associated with the present invention are dealt with below .
  • the heart of the electronic control device 13 is a microcomputer which controls the required functions according to a defined program.
  • a first step S1 checks whether the ⁇ probe is ready for operation and whether the ⁇ control can be released at all if necessary. If the probe temperature TS is lower than the probe operating temperature TSB, the internal combustion engine continues to be operated with a mixture control. However, if the ⁇ probe has already reached its operating temperature TSB, a check is carried out in a second step S2 to determine whether the internal combustion engine is operating at full load. For this purpose, the opening angle of the throttle valve and the speed of the machine are evaluated. If the throttle valve opening angle DKW exceeds a predetermined limit value DKWG, it is concluded that full-load operation.
  • the ⁇ control is switched off in step S3 if it was previously switched on, and the output signal when the ⁇ control is switched off US of the ⁇ probe US continuously recorded and evaluated, ie compared with fat or lean threshold values.
  • step S4 it is checked whether, based on this evaluation, the mixture state "lean" is present for a time tm greater than a defined time tg. If this is not the case, the ⁇ control remains switched off and step S3 is carried out repeatedly. In the other case, the mixture is leaned out in full load operation and in step S5 the ⁇ control is released for at least a defined number of mixture state changes (rich to lean or lean to rich). It remains released until, in a step S6, the query as to whether the mean value MW of the ⁇ controller value indicates a rich basic mixture gives a positive result. This means that the internal combustion engine is operated again with the rich mixture desired for full-load operation and the ⁇ control can be switched off again in step S3, the output signal US of the ⁇ probe being monitored further.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Bei Vollastbetrieb gibt eine Verbrennungskraftmaschine ihre größte Leistung ab. Dies wird aber nur erreicht, wenn das Luft-Kraftstoffgemisch gegenüber der Zusammensetzung bei Teillast angereichert ist (fettes Gemisch, Luftmangel etwa 10%).
  • Um die gesetzlich geforderten Grenzwerte für den Abgasausstoß nicht zu überschreiten, sind moderne Brennkraftmaschinen mit einer λ-Regeleinrichtung ausgestattet, welche die erforderliche Genauigkeit der Gemischzusammensetzung sicherstellt. Da hierbei in einem geschlossenen Regelkreis ständig der Restsauerstoffgehalt im Abgas mit Hilfe einer λ-Sonde gemessen und die Zugeführte Kraftstoffmenge derart korrigiert wird, daß sich ein stöchiometrisches Gemisch (λ = 1) einstellt, muß die λ-Regeleinrichtung bei Vollast abgeschaltet werden. Die Brennkraftmaschine wird in diesem Betriebszustand mit fetter Gemischvorsteuerung betrieben. Zur richtigen Gemischaufbereitung benötigen die Kraftstoff-Zumeßsysteme -Vergaseranlagen oder Einspritzsysteme- genaue Informationen über den aktuellen Lastzustand der Maschine, um daraus die korrekte Menge an Kraftstoff der angesaugten Luft beizumischen. Wird dabei als Lastparameter die je Hub angesaugte Luftmasse verwendet, so kann durch fehlerhafte Erfassung des Luftmassenstromes die Gemischvorsteuerung zu mager ausfallen. Zu solchen fehlerhaften Meßwerten kann es beispielsweise dann kommen, wenn diese über schnell ansprechende Luftmeßgeräte wie Heißfilm-Luftmassenmesser oder Hitzdraht-Luftmassenmesser erfaßt werden. Durch die hohe Ansprechgeschwindigkeit folgt das Ausgangssignal des Luftmeßgerätes jeder Pulsation im Luftstrom. Sobald solche Pulsationen auftreten, liefert daher das Luftmeßgerät unter Umständen keine korrekten Meßwerte mehr, die für die Gemischaufbereitung verwendbar wären. Auch die -Regelung kann eine solche fehlerhafte Lasterfassung nicht ausgleichen, da sie in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgeschaltet ist.
  • Ein Verfahren, die Gemischsteuerung während Sonderbetriebszuständen einer Brennkraftmaschine zu verbessern, ist in der WO 91/05153 angegeben. Dabei bleibt die λ-Regelung auch während des Steuerbetriebes mit beschränktem Regelbereich eingeschaltet und der λ-Regler ist während dieser Sonderbetriebszustände asymmetrisch wirksam, so daß er das Kraftstoff-Luftgemisch nur in Richtung "fett" regelt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer mit luftmassengeführter Einspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine anzugeben, das auch bei fehlerhafter Erfassung des Luftmassenstromes im Vollastbetrieb zumindest stöchiometrisches Gemisch sicherstellt.
  • Gelöst wird dies mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Durch Erfassen und Auswerten des Ausgangssignals der λ-Sonde auch bei abgeschalteter λ-Regelung im Vollastbetrieb ist es möglich, Fehler in der Gemischzusammensetzung, wie z.B. Ausmagern im Vollastbetrieb durch fehlerhafte Ermittlung von Lastparametern, zu erkennen und umgehend zu korrigieren, so daß die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine notwendige Gemischzusammensetzung sichergestellt ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung anhand zweier Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    in stark vereinfachter Weise ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 2
    ein Flußdiagramm zur Durchführung der Vollastanreicherung.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung einer Brennkraftmaschine 10 sind nur diejenigen Teile eingezeichnet, die für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig sind. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 10 ist ein Einspritzventil 14 zugeordnet, von denen nur eines dargestellt ist. Die Einspritzventile sind Teile eines nicht gezeigten Kraftstoff-Kreislaufs, der in an sich bekannter Weise aus einem Vorratstank, einem Druckregler, einer Kraftstoff-Pumpe, einem Kraftstoff-Filter und entsprechenden Leitungen besteht. Die Verbrennungsluft erhält die Brennkraftmaschine 10 über einen Luftfilter 22, einen Ansaugkanal 11 und eine Drosselklappe 25. Im Ansaugkanal 11 sind weiters ein Ansauglufttemperatur-Sensor 20 und ein Luftmassenmeser 21 vorgesehen. Dieser Luftmassenmesser kann entweder als Heißfilm-Luftmassenmesser oder als Hitzdraht-Luftmassenmesser realisiert sein. Außerdem ist der Drosselklappe 25 zur Erkennung des Vollastbetriebes ein Stellungssensor 15 zugeordnet, der ein dem Drosselklappen-Öffnungswinkel entsprechendes Signal erzeugt. Der Stellungssensor 15 kann dabei ein Drosselklappen-Schalter sein, der drehzahlunabhängig bei einem vorgegebenen Drosselklappen-Öffnungswinkel auslöst oder die Auslösung erfolgt, wenn der Drosselklappen-Öffnungswinkel größer als ein von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängig vorgegebener Drosselklappen-Öffnungswinkel ist.
    In einem Abgaskanal 12 ist zum Aussondern der in den Auspuffgasen enthaltenen Bestandteile HC, CO und NOx ein Dreiwege-Katalysator 23 vorgesehen. Zum Erfassen der Sauerstoff-Konzentration im Abgas ist im Abgaskanal 12 stromaufwärts von dem Dreiweg-Katalysator eine λ-Sonde eingefügt. Ferner ist an geeigneten Stellen der Brennkraftmaschine noch ein Drehzahlsensor 17 zur Erfassung der Maschinendrehzahl und ein Kühlmitteltemperatur-Sensor 19 vorhanden. Die Ausgänge der erwähnten Sensoren sowie die Eingänge der genannten Stellglieder sind über Schnittstellen mit entsprechenden Ein- und Ausgängen einer elektronischen Steuerungseinrichtung 13 verbunden.
  • Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen, die neben der Kraftstoff-Einspritzung auch noch eine Vielzahl weiterer Aufgaben (z.B. Zündungsregelung) übernehmen können, sind an sich bekannt, so daß im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehenden Aufbau und die Wirkungsweise eingegangen wird.
  • Kernstück der elektronischen Steuerungseinrichtung 13 ist ein Mikrocomputer, der nach einem festgelegten Programm die erforderlichen Funktionen steuert. Mit Hilfe der von den Sensoren (Luftmesser und Drehzahlsensor) gelieferten und in entsprechenden Schaltungen aufbereiteten Signale wird eine Grundeinspritzzeit oder Basiseinspritzzeit berechnet und abhängig von weiteren Betriebsparametern Korrekturen dieser Basiseinspritzzeit derart durchgeführt, daß im Regelfall durch Einsatz der λ-Regelung ein Kraftstoff-Luftgemisch erzielt wird, das dem stöchiometrischen Verhältnis (λ = 1) entspricht.
  • Die Gemischanreicherung bei Betriebszustand Vollast wird anhand des Flußdiagramms nach Figur 2 erläutert.
  • Um eine eventuell notwendige Gemischkorrektur bei Vollastbetrieb durchführen zu können, wird in einem ersten Schritt S1 geprüft, ob die λ-Sonde betriebsbereit ist und die λ-Regelung bei Bedarf überhaupt freigegeben werden kann. Ist die Sondentemperatur TS kleiner als die Sondenbetriebstemperatur TSB, so wird die Brennkraftmaschine weiterhin mit Gemischsteuerung betrieben. Hat die λ-Sonde aber ihre Betriebstemperatur TSB bereits erreicht, so wird in einem zweiten Schritt S2 überprüft, ob Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine vorliegt. Hierzu wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe und die Drehzahl der Maschine ausgewertet. Überschreitet der Drosselklappenöffnungswinkel DKW einen vorgegebenen Grenzwert DKWG, so wird auf Vollastbetrieb geschlossen. Ist diese Aussage im Schritt S2 negativ, so liegt kein Vollastbetrieb vor und die Brennkraftmaschine wird mit einer üblichen -Regelung betrieben, wenn die dafür notwendigen Voraussetzungen gegeben sind (Kühlmitteltemperatur größer als eine vorgegebene Schwelle, Motor im quasistationären Betrieb, Motor nicht im Betriebszustand "Schubabschaltung"), die das Gemisch auf das stöchiometrische Verhältnis λ=1 regelt. Ist aber Vollast-Betrieb erkannt worden, so wird im Schritt S3 die λ-Regelung abgeschaltet, falls sie vorher eingeschaltet war, und bei abgeschalteter λ-Regelung das Ausgangssignal US der λ-Sonde US fortlaufend erfaßt und ausgewertet, d.h. mit Fett bzw. Magerschwellwerten verglichen.
  • Im Schritt S4 wird nun geprüft, ob aufgrund dieser Auswertung für eine Zeit tm größer als eine festgelegte Zeit tg der Gemischzustand "mager" vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so bleibt die λ-Regelung abgeschaltet und der Schritt S3 wird wiederholt ausgeführt. Im anderen Falle liegt eine Ausmagerung des Gemisches im Vollastbetrieb vor und im Schritt S5 wird die λ-Regelung für mindestens eine festelegte Anzahl von Gemischzustandswechseln (fett nach mager bzw. mager nach fett) freigegeben. Sie bleibt so lange freigegeben, bis in einem Schritt S6 die Abfrage, ob der Mittelwert MW des λ-Reglerwertes fettes Grundgemisch anzeigt, ein positives Ergebnis liefert. Dies bedeutet, daß die Brennkraftmaschine wieder mit für Vollastbetrieb gewünschtem fetten Gemisch betrieben wird und die λ-Regelung kann im Schritt S3 wieder abgeschaltet werden, wobei das Ausgangssignal US der λ-Sonde weiterhin überwacht wird.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Vollast-Betrieb
    - mit einer λ-Regeleinrichtung, die eine λ-Sonde (16) und einen λ-Regler umfaßt, welche abhängig vom Ausgangssignal (US) der λ-Sonde (16) außerhalb des Vollast-Betriebes das der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoff-Luftgemisch auf einen Sollwert (λ=1) regelt,
    - mit einer Gemisch-Steuerungseinrichtung, die während des Vollast-Betriebes der Brennkraftmaschine und bei abgeschalteter λ-Regelung das Kraftstoff-Luftgemisch auf einen gegenüber dem Sollwert niedrigeren Wert (λ < 1) einstellt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß
    - bei abgeschalteter λ-Regelung das Ausgangssignal der λ-Sonde (16) fortlaufend erfaßt und mit einem Fett- bzw. Magerschwellwert verglichen wird,
    - die λ-Regelung mindestens für eine wählbare Anzahl von Gemischzustandswechsel, fett nach mager bzw. mager nach fett, freigegeben wird, wenn für eine Zeitspanne (tm) größer als ein vorgegebener Wert das Ausgangssignal (US) der λ-Sonde (16) den Magerschwellwert unterschreitet,
    - die λ-Regelung freigegeben bleibt, bis der Mittelwert (MW) des λ-Reglerwertes fettes Grundgemisch anzeigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Abschaltkriterium für die λ-Regelung beim Eintritt in den Vollast-Betrieb die Stellung der Drosselklappe (25) herangezogen wird und daß bei Auslenkung der Drosselklappe über einen vorgegebenen Drosselklappen-Öffnungswinkel (DKWG) auf Vollastbetrieb geschlossen wird.
EP92117861A 1992-10-19 1992-10-19 Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb Expired - Lifetime EP0593800B1 (de)

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