DE3226537C2 - Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses bei einer Brennkraft­ maschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 27 06 607 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses bei einer Brennkraft­ maschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit dessen Hilfe eine verbesserte katalytische Abgasreinigung in Verbindung mit einer optimalen Brennstoffausnutzung angestrebt wird. Zu diesem Zweck kann drosselklappenstellungsabhängig bei einer einen gegebenen Wert übersteigenden Zeitdauer geringer Belastung der Brennkraftmaschine ein überstöchio­ metrisches Luft/Brennstoff-Gemischverhältnis aufbereitet werden. Alternativ kann das Luft/Brennstoff-Gemischver­ hältnis grundsätzlich auf einen stöchiometrischen Verhält­ niswert eingeregelt und erst bei Überschreiten vorgegebe­ ner Kühlflüssigkeitstemperatur und/oder Belastungswerte auf ein überstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis übergegangen werden, wobei die Übergänge und Rückübergänge von stöchiometrischen auf überstöchiometrische Verhältnis­ werte allmählich erfolgen sollen.

Im ersteren Fall wird somit im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine Gemischabmagerung mit der Folge niedrigeren Brennstoffverbrauchs und besserer katalyti­ scher Abgasreinigung erhalten, während im letzteren Fall eine Gemischabmagerung erst bei Erreichen einer bestimmten Kühlflüssigkeitstemperatur, d. h. nach erfolgtem Warmlaufen der Brennkraftmaschine und/oder nach Erreichen einer be­ stimmten Belastung in Betracht gezogen ist.

Die Umschaltung des Regelkreises zwischen einer Aufberei­ tung eines stöchiometrischen und eines überstöchiometri­ schen Gemischverhältnisses erfolgt somit in Abhängigkeit vom Überschreiten eines bestimmten Teillastbereichs und/oder vorgegebener Kühlflüssigkeitstemperaturwerte. Bei warmgelaufener Brennkraftmaschine und Überschreiten des Teillastbereichs wird somit zur Verbesserung der Abgas­ reinigung grundsätzlich ein überstöchiometrisches Magerge­ misch aufbereitet, was das Beschleunigungsvermögen eines mit einer derart geregelten Brennkraftmaschine betriebenen Kraftfahrzeugs allerdings erheblich herabsetzt. Gleichzei­ tig wird zwar angestrebt, die Übergänge zwischen stöchio­ metrischer und überstöchiometrischer Gemischbildung mit Hilfe einer einfachen Integralregelung allmählich verlau­ fen zu lassen, jedoch kann auf diese Weise abrupten Über­ gängen bei Übergangsbetriebszuständen wie Beschleunigung und Verzögerung nicht oder nur unvollständig Rechnung getragen werden.

Aus der DE 28 47 021 A1 ist es ferner bekannt, im Hinblick auf minimalen Brennstoffverbrauch im stationären Betrieb einer Brennkraftmaschine ein Magergemisch einzuregeln. Maßnahmen zur Verringerung der Auswirkung einer solchen Magergemischregelung auf Übergangsbetriebszustände wie Beschleunigung und Verzögerung sind hierbei nicht in Betracht gezogen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der gattungsgemäßen Art zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses bei einer Brennkraft­ maschine für ein Kraftfahrzeug derart auszugestalten, daß eine brennstoffsparende Fahrweise bei gutem Beschleuni­ gungsvermögen und Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs gewähr­ leistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Durch Einregelung eines stöchiometrischen Verhältniswertes des Luft/Brennstoff-Gemisches in einem Beschleunigungszu­ stand der Brennkraftmaschine wird ein gutes Beschleuni­ gungsvermögen des Kraftfahrzeugs ohne die Gefahr von Fehl­ zündungen und dergleichen gewährleistet, während in ande­ ren Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, wie z. B. im stationären Betrieb, ein brennstoffsparendes Magergemisch eingeregelt werden kann.

Beim Übergang von einem Beschleunigungszustand mit dem hierbei eingeregelten stöchiometrischen Luft/Brennstoff- Gemischverhältnis auf einen anderen Betriebszustand, etwa den stationären Betrieb, mit dem hierbei eingeregelten Magergemisch ist durch Festhalten des Luft/Brennstoff- Gemischverhältnisses für eine vorgegebene Zeitdauer auf dem stöchiometrischen Verhältniswert sodann gewährleistet, daß auch nach Beendigung eines Beschleunigungsvorgangs noch eine gute Abgasreinigung erfolgt und gleichzeitig ein hervorragendes Fahrverhalten eines mit einer derart gere­ gelten Brennkraftmaschine betriebenen Kraftfahrzeugs trotz anschließender Einregelung eines Magergemischs erzielbar ist.

In dem Unteranspruch sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltungsanordnung,

Fig. 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm von Betriebs­ vorgängen des Regelverfahrens, die mittels eines in Fig. 2 gezeigten Mikroprozessors aus­ geführt werden,

Fig. 4 in Form einer Datentabelle in einem in Fig. 2 gezeigten nichtflüchtigen Schreib/Lesespeicher gespeicherte Werte einer Korrekturgröße K₄,

Fig. 5 eine graphische Darstellung von Signalzeitver­ läufen zur Erläuterung der Rückführungssteue­ rung auf einen optimalen Brennstoffverbrauch,

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Veranschau­ lichung von Veränderungen der Impulsbreite eines Steuerimpulses für eine elektromagne­ tische Brennstoffeinspritzvorrichtung, der ent­ sprechend Betriebszuständen der Brennkraft­ maschine berechnet wird, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Maschinendrehzahl und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis einerseits und den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine andererseits.

Grundsätzlich wird bei einer Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zuerst entsprechend der Ansaugluftmenge und der Maschinen­ drehzahl eine Brennstoffeinspritz-Grundmenge berechnet. Dieser Rechenwert wird mittels einer der Kühlwassertempe­ ratur oder dergleichen entsprechenden Korrekturgröße K₁ korrigiert, so daß daher die Brennstoffeinspritzmenge durch eine Steuerung (über eine Steuerkette) festgelegt wird. Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis entsprechend dem Ausgangssignal eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meß­ fühlers auf ein vorgegebenes Luft/Brennstoff-Verhältnis wie das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis unter Rückführung gesteuert bzw. geregelt wird, (was nachstehend als L/B-Regelung bezeichnet wird), wird die Brennstoffein­ spritz-Grundmenge mit einer Korrekturgröße K₂ korrigiert, die dem Ausgangssignal des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meß­ fühlers entspricht. Wenn auf den optimalen Brennstoffver­ brauch geregelt wird, wird die Brennstoffeinspritz-Grund­ menge mittels einer Korrekturgröße für einen optimalen Brennstoffverbrauch korrigiert, die entsprechend dem Ma­ schinenbetriebszustand festgelegt wird. Während der Über­ gangsperiode wird die Brennstoffeinspritzmenge mittels einer Korrekturgröße K₃ korrigiert. Die Korrekturgröße K₃ ist ein Faktor, der keinen festen Wert hat, sondern veränderbar ist und sich allmählich von dem Wert der Größe K₂ auf den Wert der Größe K₄ ändert. K₃ ist somit eine Variable, die bei jedem Einspritzen des Brennstoffs während der Übergangsperiode korrigiert wird. Wenn demnach mit T_p die Brennstoffeinspritzungs-Grundmenge bzw. die Grund- Impulsbreite eines Steuerimpulses für die Brennstoffein­ spritzvorrichtung bezeichnet ist, so ergibt sich die tatsächliche Impulsbreite T des Steuerimpulses für die Brennstoffein­ spritzvorrichtung zu

T = T_p × K₁ × K₂ × K₃ × K₄.

Es ist anzumerken, daß bei der L/B-Regelung K₁ = 1, K₃ = 1 und K₄ = 1 ist, bei der Optimum-Regelung K₁ = 1, K₂ = 1 und K₃ = 1 ist, und bei dem Übergangszustand K₁ = 1, K₂ = 1 und K₄ = 1 ist.

Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei­ spiel beschrieben. In Fig. 1 ist eine Maschine 1 eine bekannte Viertakt-Fremdzündungs-Maschine für eine Verwendung in Kraftfahrzeugen, deren Verbrennungsluft über einen Luft­ filter 2, einen Luftstrom-Meßfühler 3, der eine der Luft­ strömungsmenge entsprechende Spannung erzeugt, eine Dros­ selklappe 4 und ein Ansaugrohr 5 eingeleitet wird. Der Brennstoff wird aus einem (nicht gezeigten) Brennstoffsy­ stem über elektromagnetische Brennstoffeinspritzvorrich­ tungen 6 zugeführt, von denen jeweils eine für jeden Zylinder vorgesehen ist. Die Abgase werden über einen Ab­ gassammler 7, ein Abgasrohr 8 und einen katalytischen Dreifach-Umsetzer bzw. einen Dreifach-Katalysator 9 in die Umgebungsluft abgegeben. In dem Abgassammler 7 ist ein Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler bzw. Sauerstoff- Meßfühler 10 angeordnet. Der Luft/Brennstoff-Verhältnis- Meßfühler 10 erfaßt das Luft/Brennstoff-Verhältnis aus der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen dadurch, daß er beispielsweise eine Spannung von ungefähr 1 V (mit ho­ hem Pegel) erzeugt, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Vergleich zu dem stöchiometrischen Verhältnis klein ist (bzw. das Gemisch fett ist), und eine Spannung von ungefähr 0,1 V (mit niedrigem Pegel) erzeugt, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis im Vergleich zu dem stöchiome­ trischen Verhältnis groß ist (bzw. das Gemisch mager ist). Dieser Meßfühler 10 kann durch einen Meßfühler zur Erfassung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses ersetzt werden, das geringfügig höher als das stöchiometrische Verhältnis ist (bzw. ein magereres Gemisch als das stöchiometrische Ge­ misch erfaßt), d. h. einen "Magerbetriebs"-Meßfühler. In der Maschine 1 ist ein Temperatur-Meßfühler 11 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur angebracht. Die Drehzahl der Ma­ schine 1 wird mittels eines Drehzahl-Meßfühlers bzw. Dreh­ zahlgebers 12 erfaßt, der ein Impulssignal mit einer Per­ iode erzeugt, die der Kurbelwellendrehzahl entspricht.

Ein den Luftstrom-Meßfühler 3 und die Drosselklappe 4 um­ gehendes Bypaß-Ventil 13 steuert eine Luftströmung, die nicht gemessen wird.

Die Meßsignale aus den Meßfühlern 3, 10, 11 und 12 werden einer Steuerschaltung 20 zugeführt zum Berechnen einer Brennstoffeinspritz-Grundmenge und von Korrekturgrößen K₁, K₂, K₃ und K₄, und Berechnen einer erwünschten Brennstoffeinspritzgröße aus den vorstehend angeführten Gleichungen. Die Korrekturgrößen K₁ und K₂ werden aus den bekannten Ausdrücken berechnet. Wie nachstehend noch erläutert wird, werden den Maschinenbetriebszuständen entsprechen­ de vorbestimmte Werte der Korrekturgröße K₄ vorübergehend derart gespeichert, daß das Bypaß-Ventil 13 in Intervallen mit einer vorbestimmten Anzahl von Brennstoffeinspritzun­ gen geöffnet und geschlossen wird und die sich ergebenden Änderungen der Maschinendrehzahl dazu herangezogen werden, aus dem zu diesem Zeitpunkt bestehenden Luft/Brennstoff- Verhältnis die Richtung der Regelung des Luft/Brennstoff- Verhältnisses auf das Luft/Brennstoff-Verhältnis für den optimalen Brennstoffverbrauch zu bestimmen, wobei aufein­ anderfolgend entsprechend den Bestimmungen die gespeicher­ ten Werte korrigiert werden. Die auf diese Weise korri­ gierten Werte der Korrekturgröße K₄ werden in einem nicht­ flüchtigen Schreib/Lesespeicher 107 gespeichert, der nachstehend beschrieben wird. Dabei wird der Wert der Korrekturgröße K₃ derart berechnet, daß er sich allmählich von der Korrekturgröße K₂ bis zu der Kor­ rekturgröße K₄ verändert, wobei sein Wert während der Übergangsperiode korrigiert wird, wie beispielsweise bei jeder Brennstoffeinspritzung.

Als nächstes wird anhand der Fig. 2 die Steuerschaltungsanordnung 20 beschrieben. 100 ist ein Mikroprozessor (bzw. eine Zentraleinheit (CPU)) zum Berechnen der einzuspritzenden Brennstoffmenge. 101 ist eine Maschinendrehzahl-Zählerein­ heit zum Messen der Maschinendrehzahl aus den Signalen des Drehzahlgebers 12. 102 ist eine Unterbrechungs- bzw. Interrupt- Steuereinheit. 103 ist eine Digitaleingabeeinheit für die Übertragung von digitalen Signalen einschließlich der Sig­ nale aus dem Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 10, ei­ nes Anlassersignals aus einem Anlasserschalter 14 für das Ein- und Ausschalten eines nicht gezeigten Anlasserschal­ ters usw. 104 ist eine Analogeingabeeinheit, die einen Multiplexer und einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler ent­ hält und die die Signale aus dem Luftstrom-Meßfühler 3 und dem Temperaturmeßfühler 11 der A/D-Umsetzung unter­ zieht und sie in den Mikroprozessor 100 einliest. Die Aus­ gangsdaten der Einheiten 101, 102, 103 und 104 werden zu dem Mikroprozessor 100 über eine gemeinsame Sammelleitung (Datenbus) 150 übertragen. 105 ist eine Stromversorgungsschaltung für die Speisung des nachstehend beschriebenen Schreib/Lese­ speichers 107. 15 ist eine Batterie und 16 ist ein Schlüs­ selschalter des Kraftfahrzeugs. Die Stromversorgungsschal­ tung 105 ist an die Batterie 15 direkt, nicht über den Schlüsselschalter 16 angeschlossen. Infolgedessen wird der später beschriebene Schreib/Lesespeicher 107 unabhän­ gig von dem Schlüsselschalter 16 ständig mit Strom ver­ sorgt. 106 ist eine weitere Stromversorgungsschaltung, die an die Batterie 15 über den Schlüsselschalter 16 ange­ schlossen ist. Die Stromversorgungsschaltung 106 speist die von dem Schreib/Lesespeicher 107 verschiedenen Be­ standteile der Schaltung. Der Schreib/Lesespeicher (RAM) ist eine Speichereinheit, die zeitweilig während der Zeit des Ablaufens eines Programms eingesetzt wird und die einen nicht-flüchtigen Speicher bildet, da sie unabhängig von dem Schlüsselschalter 16 ständig mit Strom versorgt wird, so daß ihr Speicherinhalt auch dann nicht verloren geht, wenn der Schlüsselschalter 16 ausgeschaltet wird, um die Maschine 1 außer Betrieb zu setzen. In dem Speicher 107 sind auch die in Fig. 4 gezeigten Werte der Korrektur­ größe K₄ gespeichert. 108 ist ein Festspeicher (ROM), in dem ein Programm, verschiedene Konstanten usw. gespei­ chert sind. Eine Ausgabeschaltung 109 hat einen Zwischen­ speicher, einen Abwärtszähler, einen Leistungstransistor usw., durch die ein die Öffnungsdauer der Einspritzvor­ richtung 6 bzw. die mittels des Mikroprozessors 100 be­ rechnete Brennstoffeinspritzmenge darstellendes digitales Signal in ein Impulssignal mit einer Impulsbreite umge­ setzt wird, die die tatsächliche Öffnungsdauer der Ein­ spritzvorrichtungen 6 bestimmt, wenn das Impulssignal an die Einspritzvorrichtungen 6 angelegt wird. Eine Ausgabe­ schaltung 110 enthält einen Zwischenspeicher, einen Lei­ stungstransistor usw. und spricht auf das Ergebnis einer mittels des Mikroprozessors 100 aufgrund der Eingangssig­ nale desselben ausgeführten Berechnung dadurch an, daß sie ein Ein- und Ausschalt-Steuersignal erzeugt und an das elektromagnetische Bypaß-Ventil 13 anlegt. Ein Zeitge­ ber 111 ist eine Schaltungsanordnung, die Taktimpulse erzeugt, die abgelaufene Zeit mißt, Taktsignale an den Mikroprozessor 100 anlegt und der Unterbrechungs-Steuereinheit 102 ein Zeit-Unterbrechungssignal bzw. Interruptsignal zuführt.

Die Zählereinheit 101 mißt entsprechend dem Ausgangssignal des Drehzahlgebers 12 die Maschinendrehzahl einmal für jede Maschinenumdrehung und führt bei dem Abschluß einer jeden Messung der Unterbrechungs-Steuereinheit 102 ein Unterbrechungsbefehlssignal zu. Entsprechend dem angeleg­ ten Signal erzeugt die Unterbrechungs-Steuereinheit 102 ein Unterbrechungs-Anforderungssignal bzw. Interruptanforderungssignal, welches bewirkt, daß der Mikroprozessor 100 eine Unterbrechungs-Verarbei­ tungsroutine für die Berechnung der Brennstoffeinspritz­ menge ausführt.

Wenn nach Fig. 3 der Schlüsselschalter 16 und der Anlas­ serschalter 14 eingeschaltet werden, so daß die Maschine 1 anläuft, werden bei einem ersten bzw. Start-Schritt 1000 die Rechenvorgänge einer Hauptroutine eingeleitet, so daß bei einem Schritt 1001 die Anfangsvorbereitungen (Initialisierungen) ausgeführt werden und bei einem Schritt 1002 aus der Ana­ logeingabeeinheit 104 ein Digitalwert eingelesen wird, der der Kühlwassertemperatur entspricht. Entsprechend dem Ergebnis bei dem Schritt 1002 wird bei einem Schritt 1003 aus dem bekannten Ausdruck eine Korrekturgröße K₁ berech­ net und das Ergebnis in den Speicher 107 eingespeichert.

Bei einem Schritt 1004 wird ermittelt, ob eine Regelung mit offenem Regelkreis, d. h. eine Steuerung gemäß der Kühlwassertemperatur und dem Zustand des Luft/Brennstoff- Verhältnis-Meßfühlers 10 auszuführen ist. Falls die Kühl­ wassertemperatur unterhalb 60°C liegt und der Luft/Brenn­ stoff-Verhältnis-Meßfühler 10 nicht im Betriebszustand ist, wird bestimmt, daß eine Steuerung vorzunehmen ist, bei der keine L/B-Regelung oder Optimum-Regelung auszuführen ist; bei dem Schritt 1004 erfolgt daher eine Abzweigung für "JA" zu einem Schritt 1005, bei dem alle Korrekturgrö­ ßen K₂, K₃ und K₄ außer der Größe K₁ auf 1,0 eingestellt werden, d. h., ein Zustand herbeigeführt wird, bei dem die von der Korrektur gemäß der Kühlwassertemperatur verschie­ denen Korrekturen verhindert werden, wonach eine Rückkehr zu dem Schritt 1002 erfolgt.

Wenn die Kühlwassertemperatur oberhalb 60°C liegt und der Meßfühler 10 im Betriebszustand ist, erfolgt bei dem Schritt 1004 eine Abzweigung für "NEIN" zu einem Schritt 1006, bei dem bestimmt wird, ob die Betriebsart die L/B- Regelung, die Optimum-Regelung oder die Übergangs-Be­ triebsart ist. In diesem Fall wird die Korrekturgröße K₁ auf 1,0 eingestellt. Falls der Unterschied zwischen dem gerade bestehenden Luftstrom und demjenigen vor 0,2 Sek. beispielsweise größer als 20 m³/h ist, wird daraus ermit­ telt, daß sich das Fahrzeug in einem Verzögerungs- oder Be­ schleunigungs-Betriebszustand befindet, so daß die L/B-Re­ gelung vorzunehmen ist. Wenn ein Ansaugdruck-Meßfühler ein­ gesetzt wird, wird das Vorliegen eines gleichartigen Zu­ stands daraus ermittelt, daß der Unterschied zwischen dem gerade bestehenden Ansaugdruck und dem Ansaugdruck vor 0,2 Sek. beispielsweise 100 mmHg ist. Die Anordnung kann zwar so vorgesehen werden, daß die L/B-Regelung unmittelbar nach dem Ende des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs be­ endet wird, jedoch bestehen Fälle, bei denen auch nach dem Ende des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs eine Abgasreinigungs-Regelung über den Luft/Brennstoff-Verhält­ nis-Meßfühler 10 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Maschine 1 vorgenommen werden muß und bei denen im Hin­ blick auf eine Verbesserung des Fahrverhaltens die L/B-Re­ gelung während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Ende des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs fortgesetzt werden muß. In der nachstehenden Beschreibung wird angenom­ men, daß die L/B-Regelung auch während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Ende des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs vorgenommen wird. In diesem Fall wird be­ stimmt, daß die L/B-Regelung noch weiter auszuführen ist, bis die vorbestimmte Zeitdauer (von beispielsweise 10 Sek.) nach dem Ende des Zustands abgelaufen ist, bei dem eine Ansaugluftstrom-Differenz von mehr als 20 m³/h (oder eine Ansaugdruckdifferenz von 100 mmHg) vorliegt. Diese vorbe­ stimmte Zeitdauer kann festgelegt werden oder entsprechend den Betriebszuständen verändert werden. Falls bestimmt wird, daß die L/B-Regelung vorzunehmen ist, erfolgt ein Fortschreiten zu einem Schritt 1007. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, wird bestimmt, daß das Fahrzeug in dem Übergangszustand ist, so daß ein Übergang zu einem Schritt 1008 erfolgt. Bei dem Schritt 1008 erfolgt auf eine nachstehend beschriebene Weise die Berechnung der Kor­ rekturgröße K₃, während auf die Beendigung der für die Be­ rechnung der Größe K₃ erforderlichen Zeit hin bestimmt wird, daß die Op­ timum-Regelung herbeigeführt werden muß und daher ein Übergang zu einem Schritt 1009 erfolgt.

Entsprechend dem aus der Digitaleingabeeinheit 103 eingege­ benen Ausgangssignal des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Meßfüh­ lers 10 wird bei dem Schritt 1007 die Korrekturgröße K₂ bzw. ein integrierter Korrekturfaktor als Funktion der mit­ tels des Zeitgebers 111 gemessenen abgelaufenen Zeit aus dem bekannten Ausdruck berechnet. In diesem Fall werden die Korrekturgrößen K₃ und K₄ auf 1,0 eingestellt.

Bei dem Schritt 1008 wird die Korrekturgröße K₃ aus dem Ausdruck K₃ = K₂ (1-n × K₅) berechnet. Hierbei ist n die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen nach dem Beginn des Übergangszustands oder nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeitdauer, während K₅ ein Korrekturfaktor je Brennstoff­ einspritzung ist, der in einem vorbestimmten adressierba­ ren bzw. abrufbaren Speicherbereich des Festspeichers 108 gespeichert ist. Die Berechnung von K₃ ist beendet, wenn K₂ · (1-n × K₅) gleich der Korrekturgröße K₄ wird, die auf­ einanderfolgend korrigiert und auf die vorangehend be­ schriebene Weise gespeichert wird. In diesem Falle werden die Korrekturgrößen K₂ und K₄ im Hinblick auf die Korrek­ tur der Brennstoffeinspritzmenge auf 1,0 eingestellt. Der Korrekturfaktor K₅ kann ein Festwert oder ein veränderba­ rer Wert sein. Falls K₅ ein veränderbarer Wert ist, ist es beispielsweise möglich, die Brennstoffein­ spritzmenge während des Anfangsteils der Übergangsperiode allmählich und während der letzten Hälfte der Periode schnell zu verändern.

Bei dem Schritt 1009 erfolgt die Berechnung der Korrektur­ größe K₄, die nachstehend beschrieben wird.

Bei der Optimum-Regelung wird die mittels des Luftstrom- Meßfühlers 3 nicht gemessene Luftströmungsmenge durch das Öffnen und Schließen des Bypaß-Ventils 13 gesteuert, um das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu verändern, wobei die sich ergebenden Änderungen der Maschinendrehzahl erfaßt werden, und die Richtung einer Korrektur des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses für die Erzielung des optimalen Luft/Brennstoff-Verhältnisses ermittelt wird. Da in diesem Fall die Brennstoffeinspritzmenge mittels der Korrekturgröße K₄ verändert wird, um den optimalen Brenn­ stoffverbrauch zu erzielen, ist während des beständigen bzw. Dauer-Betriebszustands das Ausmaß der Änderung der Brennstoffeinspritzmenge gering, so daß daher die auf der Änderung der Brennstoffeinspritzmenge beruhende Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nahezu vernachlässigbar klein im Vergleich zu der auf der Steuerung der Luftströ­ mung über das Bypaß-Ventil 13 beruhenden Änderung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses ist. Infolgedessen kann bei der Ermittlung der Richtung der Korrektur des Luft/Brennstoff- Verhältnisses für das Erzielen des optimalen Verhältnis­ ses die Brennstoffeinspritzmenge als nahezu konstant angenommen werden. Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis un­ ter Konstanthalten der Brennstoffeinspritzmenge verändert wird, ist die Richtung zum Verbessern des Brennstoffver­ brauchs die Richtung, bei der die Maschinendrehzahl an­ steigt.

Der Speicher 107 enthält eine Datentabelle aus Maschinen­ drehzahlen N und Grund-Impulsbreiten T_p, die mit Ansaug­ drücken annähernd bestimmt werden können; in der Datenta­ belle sind entsprechend den jeweiligen Betriebszuständen die erwünschten Werte der Korrekturgröße K₄ gespeichert, die als Ergebnis der zuvor ausgeführten Optimum-Regelungs­ vorgänge ermittelt wurden. Falls bislang noch keine Opti­ mum-Regelung ausgeführt wurde, sind die Speicherwerte 1,0.

Die Speicherwerte der Korrekturgröße K₄ werden aufeinan­ derfolgend entsprechend den durch das Öffnen und Schließen des Bypaß-Ventils 13 hervorgerufenen Änderungen der Ma­ schinendrehzahl N korrigiert, wobei an die Stelle der zuvor gespeicherten Werte die korrigierten Werte der Größe K₄ eingespeichert werden. In der Fig. 4 sind N, N+1, N-1. . . . den Maschinendrehzahlen N entsprechende Speicherbereiche, während mit T_p, T_p+1, T_p-1, . . . die den Grund-Impuls­ breiten entsprechenden Speicherbereiche bezeichnet sind. Beispielsweise ist die Korrekturgröße K₄ (T_p, N), die dem Betriebszustand entspricht, welcher durch die dem Spei­ cherbereich N entsprechende Maschinendrehzahl N und die dem Speicherbereich T_p entsprechende Grund-Impulsbreite darge­ stellt ist, an dem durch den Speicherbereich N und T_p be­ stimmten Speicherbereich gespeichert.

Als nächstes wird anhand der Fig. 5 die Berechnung zur Korrektur der Korrekturgröße K₄ beschrieben. Fig. 5 zeigt Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung, wie die Optimum-Rege­ lung ausgeführt wird, wobei bei (a) in Fig. 5 gezeigt ist, wie das Bypaß-Ventil 13 jedesmal dann geöffnet bzw. geschlos­ sen wird, wenn die bei (f) gezeigte Anzahl der Brennstoff­ einspritzungen "20" erreicht, wobei der hohe Pegel den Öffnungszustand und der niedrige Pegel den Schließzustand darstellt. Bei (b) ist die Impulsbreite T der Steuerimpul­ se für die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 6 dargestellt, wobei gezeigt ist, wie die Impulsbreite T zu dem Zeitpunkt, bei dem die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen 80, 100 bzw. 120 erreicht, entsprechend der Korrektur mittels der Korrekturgröße K₄ verändert wird. Bei (c) ist gezeigt, wie das Luft/Brennstoff-Verhältnis entsprechend dem Öffnen und Schließen des Bypaß-Ventils 13 und entsprechend Änder­ ungen der Impulsbreite T verändert wird, d. h. wie das Luft/Brennstoff-Verhältnis allein entsprechend dem Öffnen und dem Schließen des Bypaß-Ventils 13 verändert wird, bis die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen 80 erreicht, und nach dem Erreichen von 80 das Luft/Brennstoff-Verhält­ nis sowohl entsprechend dem Öffnen und Schließen des By­ paß-Ventils 13 als auch entsprechend den Änderungen der Impulsbreite T verändert wird. Bei (d) ist gezeigt, wie sich die Maschinendrehzahl N entsprechend den Änderungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ändert, während bei (e) die Anzahl der Taktimpulse gezeigt ist, die für die Öff­ nungs- und Schließzeiten des Bypaß-Ventils 13 gezählt wer­ den, wobei beispielsweise P₁ die Anzahl der Taktimpulse des Intervalls darstellt, während dessen die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen von 0 auf 20 steigt.

Mit den Anzahlen der Taktimpulse, die während der Inter­ valle gezählt werden, welche in Stufen von 20 Brennstoff­ einspritzungen aufgeteilt sind, wird entsprechend den Taktimpulsen für die letzten vier Intervalle die Richtung zur Korrektur auf das optimale Luft/Brennstoff- Verhältnis bestimmt. Wenn die Anzahl der Taktimpulse zu­ nimmt (bzw. die Maschinendrehzahl N abnimmt), wenn das By­ paß-Ventil 13 geschlossen wird, und die Anzahl der Taktim­ pulse abnimmt (bzw. die Maschinendrehzahl N zunimmt), wenn das Bypaß-Ventil 13 geöffnet wird, wird daraus ermittelt, daß der Brennstoffverbrauch durch Einregeln eines Luft/ Brennstoff-Verhältnisses für ein magereres Gemisch verbes­ sert werden kann. Im entgegengesetzten Fall kann der Brennstoffverbrauch durch das Einregeln des Luft/Brenn­ stoff-Verhältnisses auf ein fetteres Gemisch verbessert werden. Entsprechend diesen Ermittlungen werden gemäß der folgenden Berechnung die Speicherwerte der Korrekturgröße K₄ korrigiert, welche in Übereinstimmung mit den Maschi­ nenbetriebszuständen in die Datentabelle aufgrund der Ma­ schinendrehzahlen N und der die Maschinenbelastungen erset­ zenden Grund-Impulsbreiten eingeschrieben sind. Es wird für die Einregelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf ein magereres Gemisch K₄=K₄′-K₆ berechnet, während für die Einregelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf ein fetteres Gemisch K₄=K₄′+K₆ berechnet wird. Hierbei stellt K₆ das Korrekturausmaß je Einzelkorrektur dar, während K₄′ den zuvor in die Datentabelle eingeschriebenen Spei­ cherwert der Korrekturgröße K₄ darstellt.

Beispielsweise besteht zu dem Zeitpunkt, zu dem nach Fig. 5 die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen 80 erreicht, zwischen den Anzahlen P₁ und P₃ der Taktimpulse während der Schließzeiten des Bypaß-Ventils 13 und den Anzahlen P₂ und P₄ der Taktimpulse für die Öffnungszeiten der Zu­ sammenhang P₁ < P₂ < P₃ < P₄, so daß daher K₄=K₄′-K₆ be­ rechnet wird. Falls im Gegensatz zu dem Fall nach Fig. 5 der Zusammenhang P₁ < P₂ < P₃ < P₄ besteht, wird K₄= K₄′+K₆ berechnet. Zu dem Zeitpunkt, zu dem nach Fig. 5 die Anzahl der Brennstoffeinspritzungen 100 erreicht, wird der Zusammenhang zwischen den den letzten vier Intervallen entsprechenden Anzahlen P₂, P₃, P₄ und P₅ der Taktimpulse zu P₂ < P₃ < P₄ < P₅, so daß die Maschinendrehzahl auch zunimmt, wenn das Bypaß-Ventil 13 geöffnet wird. Demzufolge wird K₄=K₄′-K₆ berechnet. Die durch diese Berechnungen korrigierten Werte der Korrekturgröße K₄ werden aufeinan­ derfolgend anstelle der zuvor in die Datentabelle nach Fig. 4 eingeschriebenen Speicherwerte eingespeichert. Da bei der Regelung auf den optimalen Brennstoffverbrauch die Impulsbreite T der Steuerimpulse durch T=T_p × K₄ gege­ ben ist, wie nachstehend beschrieben, und da der Wert der Korrekturgröße K₄ für jeweils 20 Brennstoffeinsprit­ zungen durch Vermindern um K₆ korrigiert wird, wird die Impulsbreite T gemäß der grafischen Darstellung (b) in Fig. 5 korrigiert. Falls der Zusammenhang zwischen den Anzahlen der Taktimpulse von den vorstehend genannten Zusammenhän­ gen verschieden ist, erfolgt keine Korrektur der Korrek­ turgröße K₄. Wenn der Zusammenhang von den vorstehend ge­ nannten Zusammenhängen verschieden ist, stellt dies ein Kennzeichen dar, daß am Fahrzeug ein besonderer Be­ triebszustand besteht, nämlich das Gaspedal gedrückt wurde oder das Fahrzeug ein Gefälle herabfährt, so daß demzufolge die Korrektur der Korrekturgröße K₄ ohne Bedeu­ tung ist. Es ist anzumerken, daß zusätzlich zu dem Luft/ Brennstoff-Verhältnis-Meßfühler 10 Versuche unternommen wur­ den, in der Praxis einen "Magerbetriebs"-Meßfühler einzuset­ zen, mit dem ein Luft/Brennstoff-Verhältnis erfaßt wird, das "magerer" bzw. größer als das stöchiometrische Ver­ hältnis ist (beispielsweise 17 bis 20); es ist möglich, diesen "Magerbetriebs"-Meßfühler in der Weise anzusetzen, daß das optimale Luft/Brennstoff-Verhältnis überwacht wird und die Korrektur der Größe K₄ über diesen Meßfühler zusätzlich zu der Korrektur der Größe K₄ ent­ sprechend dem Öffnen und Schließen des Bypaß-Ventils 13 herbeigeführt wird.

Die Berechnung der Größe K₄ bei dem Schritt 1009 erfolgt auf die vorstehend beschriebene Weise, wobei in diesem Fall die Korrekturgrößen K₂ und K₃ auf 1,0 eingestellt werden. Die eingestellten oder auf die vorstehend be­ schriebene Weise berechneten Werte der Korrekturgrößen K₁, K₂, K₃ und K₄ werden auch aufeinanderfolgend in jewei­ ligen adressierbaren Speicherbereichen des Schreib/Lesespei­ chers 107 anstelle der zuvor eingespeicherten Werte ge­ speichert.

Nach dem Abschluß dieser Berechnungen wird in Intervallen von 20 Brennstoffeinspritzungen an die Ausgabeschaltung 110 ein Signal zum Ändern des Schließ- oder Öffnungszu­ stands des Bypaß-Ventils 13 angelegt. Üblicherweise wird von dem Mikroprozessor 100 der Ablauf der Hauptroutine von dem Schritt 1002 bis zu dem Schritt 1010 wiederholt ausge­ führt. Wenn aus der Unterbrechungs-Steuereinheit 102 ein Unterbrechungs-Anforderungssignal angelegt wird, während gerade die Hauptroutine ausgeführt wird, wird von dem Mik­ roprozessor 100 die Ausführung der Hauptroutine sofort unterbrochen und die Unterbrechungsroutine bzw. Unterbre­ chungs-Verarbeitungsroutine bei einem Schritt 1011 begon­ nen.

Bei einem Schritt 1012 werden aus der Maschinendrehzahl- Zählereinheit 101 ein Signal für die Maschinendrehzahl N und aus der Analogeingabeeinheit 104 ein Signal für die Ansaugluftmenge Q_a eingegeben und in dem Speicher 107 ge­ speichert.

Danach wird bei einem Schritt 1013 aus der Maschinendreh­ zahl N und der Ansaugluftmenge Q_a eine Grund-Brennstoff­ einspritzmenge bzw. eine Grund-Impulsbreite T_p der Steuer­ impulse für die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 6 berech­ net. Die Berechnung beruht auf dem Ausdruck T_p=F×Q_a/N (wo­ bei F eine Konstante ist).

Bei einem Schritt 1014 wird die Impulsbreite T der Steuer­ impulse entsprechend den mittels der Hauptroutine berechne­ ten Korrekturgrößen K₁, K₂, K₃ und K₄ korrigiert. Die Be­ rechnung erfolgt gemäß dem Ausdruck

T=T_p×K₁×K₂×K₃×K₄.

Bei einem Schritt 1015 wird die berechnete Impulsbreite T in dem Zähler der Ausgabeschaltung 109 eingestellt. Da­ nach erfolgt ein Übergang zu einem Schritt 1016, bei dem das Programm zu der Hauptroutine zurückkehrt. Diese Rückkehr erfolgt zu demjenigen Verarbeitungsschritt, der durch die Unterbrechungsroutine unterbrochen wurde. Der Mikro­ prozessor 100 arbeitet auf die vorangehend beschriebene Weise.

Fig. 6 zeigt, wie sich die berechnete Impulsbreite T ändert. Fig. 6 zeigt als Beispiel einen Fall, bei dem das Fahrzeug zuerst beschleunigt oder abgebremst (verzögert) wird und danach in einem beständigen bzw. Dauer-Betriebszustand betrieben wird. In Fig. 6 ist beispielsweise ein Inter­ vall A die Beschleunigungsperiode und die nachfolgende vorbestimmte Zeitdauer, wobei während dieses Intervalls die L/B-Regelung ausgeführt wird. In diesem Fall ist die Impulsbreite T durch

T = T_p × 1 × K₂ × 1 × 1 = T_p × K₂

gegeben. Ein Intervall B ist die Übergangsperiode nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeitdauer, wobei in diesem Intervall die Impulsbreite T durch

T = T_p × 1 × 1 × K₃ × 1=T_p × K₃

gegeben ist. Da gemäß den vorangehenden Aus­ führungen K₃ durch K₃ = K₂ · (1-n × K₅) gegeben ist und K₂= 1 gilt, wird entsprechend den aufeinanderfolgenden Brennstoffeinspritzungen die Impulsbreite T auf

T = T_p · (1 - K₅), T = T_p · (1 - 2K₅),
T = T_p · (1 - 3K₅), . . .

ver­ ändert. In Fig. 6 ist der Fall dargestellt, daß K₅ ein Festwert ist; wenn K₅ ein veränderbarer Wert ist, weicht die sich ergebende stufenweise Änderung der Impuls­ breite T während des Intervalls B von der dargestellten ab. Ein Intervall C ist dasjenige Intervall, in dem nach dem Ablaufen der Übergangsperiode die Optimum-Regelung ausgeführt wird und die Impulsbreite T durch

T = T_p × 1 ×1×1×K₄ = T_p × K₄

gegeben ist.

Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Maschinen­ drehzahl und dem Luft/Brennstoff-Verhältnis während der Optimum-Regelungsperiode, der L/B-Regelungsperiode und der Übergangsperiode. Fig. 7 veranschaulicht den Fall, daß das Fahrzeug aus dem beständigen bzw. Dauer-Betriebs­ zustand in den Beschleunigungs-Betriebszustand und zurück in den Dauer-Betriebszustand versetzt wird. Die Intervalle A, B, C und D sind jeweils die Optimum-Regelungsperiode, die L/B-Regelungsperiode, die Übergangsperiode bzw. die Optimum-Regelungsperiode. Die Intervalle E, F und G sind jeweils die erste Dauerzustands-Periode, die Beschleuni­ gungszustands-Periode bzw. die zweite Dauerzustandsperio­ de. Mit H ist die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Abschluß des Beschleunigungsvorgangs bezeichnet. Während des ersten Dauerbetriebszustands E wird das Luft/Brennstoff-Verhält­ nis mittels der Korrekturgröße K₄ korrigiert, die als Er­ gebnis des vorangegangenen Betriebs in der Datentabelle nach Fig. 4 gespeichert ist, und das Fahrzeug wird mit Luft/Brennstoff-Verhältnissen betrieben, die gemäß dem Intervall A größer als das stöchiome­ trische Verhältnis sind. Betätigt der Fahrzeugführer das Be­ schleunigungspedal (Gaspedal), dann wird das Fahrzeug beschleunigt, so daß während der Beschleunigungsperiode F und der vorbe­ stimmten Zeitdauer H nach der Beschleunigung die L/B-Rege­ lung vorgenommen wird, bei der gemäß dem Intervall B das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird. Danach kommt bei dem zweiten Dauerbetriebszustand G das Fahrzeug in den Übergangszustand, so daß daher das Luft/Brennstoff- Verhältnis bei jeder Brennstoffeinspritzung mittels der Korrekturgröße K₃ korrigiert wird, bis es gemäß dem Intervall C von dem stöchiometrischen Verhältnis auf das Verhältnis für den optimalen Brenn­ stoffverbrauch verändert ist. Bewirkt die Berechnung der Kor­ rekturgröße K₃, daß der Wert der Größe K₃ die in der Datentabelle nach Fig. 4 gespeicherte Korrekturgröße K₄ erreicht, wird gemäß dem Intervall D wieder die Optimum-Regelung ausgeführt. In diesem Fall ist im Vergleich zu dem ersten Dauerbetriebszustand die Maschinendrehzahl N gesteigert, so daß die Grund-Impulsbrei­ te T_p der Steuerimpulse verringert ist und das Luft/Brenn­ stoff-Verhältnis im Vergleich zu demjenigen bei dem ersten Dauerbetriebszustand auf einen größeren Wert bzw. auf ein Verhältnis für ein magereres Gemisch geregelt wird.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß während des Be­ schleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs das Luft/Brenn­ stoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Verhältnis ge­ halten wird, wodurch die während des Beschleunigens oder Verzögerns entstehenden Probleme des Fahrverhaltens und der Abgasreinigung gelöst werden, wogegen bei dem bestän­ digen bzw. Dauerbetriebszustand das Luft/Brennstoff-Ver­ hältnis auf ein Verhältnis für den optimalen Brennstoff­ verbrauch geregelt und damit der Brennstoffverbrauch verbessert wird; wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Verhältnis auf das Verhältnis für den optimalen Brennstoffverbrauch geändert wird, wird es allmählich geändert, wodurch das Fahrverhalten während des Übergangs von der Beschleunigung oder Verzögerung auf den Dauerbetriebszustand verbessert wird. Das Ausmaß der Änderung der Brennstoffeinspritzmenge bei jeder Korrektur mittels der Korrekturgröße K₄ ist zwar gering, jedoch kann über eine lange Dauer des beständigen Betriebszustands der Brennstoffverbrauch beträchtlich verbessert werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar während des Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgangs das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Verhältnis gehalten, jedoch kann der Luft/Brennstoff-Ver­ hältnis-Meßfühler 10 durch einen "Magerbetriebs"-Fühler ge­ bildet sein, um damit das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches auf einem Verhältnis zu halten, das geringfügig größer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Ferner wird zwar das Luft/Brennstoff-Verhältnis als Funktion der Anzahl der Brennstoffeinspritzungen verändert, jedoch kann das Verhältnis auch als Funktion der Zeit verändert werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischver­ hältnisses bei einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahr­ zeug, bei dem das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoff-Gemischverhältnis in einem ersten vorgege­ benen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf einen stöchiometrischen ersten Verhältniswert und in einem un­ terschiedlichen zweiten vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf einen ein Magergemisch zur Erzie­ lung eines geringeren Brennstoffverbrauchs gewährleisten­ den zweiten Verhältniswert geregelt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als erster Betriebszustand ein Beschleuni­ gungszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird, in dem die Sauerstoffkonzentration der Brennkraftmaschine ermit­ telt und das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brenn­ stoff-Gemischverhältnis in Abhängigkeit von der ermittel­ ten Sauerstoffkonzentration zur Bildung des ersten Ver­ hältniswertes im geschlossenen Regelkreis verändert wird, und daß beim Übergang vom ersten auf den zweiten Be­ triebszustand das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft/Brennstoff-Gemischverhältnis zeitabhängig derart ver­ ändert wird, daß das Luft/Brennstoff-Gemischverhältnis für eine gegebene Zeitdauer auf dem ersten Verhältniswert festgehalten und sodann allmählich auf den zweiten Ver­ hältniswert gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine die in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration erfolgende Regelung im geschlossenen Regelkreis beendet und der zweite Verhältniswert entsprechend einem einen optimalen Brennstoffverbrauch gewährleistenden Luft/Brenn­ stoff-Gemischverhältnis gewählt wird.