DE3526871C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunktregelung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Bei der elektronischen Kraftstoffeinspritzregelung wird die Menge des in den Motor einzuspritzenden Kraftstoffs in Übereinstimmung mit Motorbetriebsvariablen, wie der angesaugten Luftmenge, der Motordrehzahl und der Motorlast, bestimmt. Die Menge des Kraftstoffs wird durch eine Kraftstoffeinspritzerregungszeit (Einspritzimpulsbreite) bestimmt. Eine Grundeinspritzimpulsbreite Tp kann durch die folgende Formel erhalten werden:

Tp = K × Q/N (1), worin Q die durch einen Querschnitt strömende Luftmenge, N die Motordrehzahl und K eine Konstante sind.

Eine gewünschte Einspritzimpulsbreite Ti wird durch Korrigieren der Grundeinspritzimpulsbreite Tp mit Motorbetriebsvariablen erhalten. Nachfolgend wird ein Beispiel einer Formel zum Berechnen der gewünschten Einspritzimpulsbreite angegeben:

Ti = Tp × (COEF) × a × Ka (2),

worin COEF ein Koeffizient ist, der durch Addieren verschiedener Korrektur- oder Kompensationskoeffizienten, wie der Koeffizienten der Kühlmitteltemperatur, der vollen Drosselöffnungsstellung, der Motorlast etc., erhalten wird, α ein λ-Korrekturkoeffizient (das Integral des Rückkopplungssignals eines in einem Auspuffkanal vorgesehenen O₂-Sensors und Ka ein Korrekturkoeffizient durch Lernen (nachfolgend mit Lernregelkoeffizient bezeichnet) sind. Koeffizienten, wie der Kühlmitteltemperaturkoeffizient und die Motorlast, werden durch Nachschlagetabellen in Übereinstimmung mit abgetasteten Informationen erhalten. Der Wert des Lernregelkoeffizienten Ka wird aus einer Ka-Tabelle in Übereinstimmung mit der Motorlast erhalten.

Der Zündzeitpunkt des Motors wird andererseits auch durch die Luftmengenströmung Q bestimmt. Falls die Luftmengenströmung Q ansteigt, steigt insbesondere die Kraftstoffmenge an und gleichzeitig wird der Zündzeitpunkt vorgestellt, da der Kraftstoff ansteigt. Wenn dabei ein Luftmengenströmungssensor sich verschlechtert und die Erzeugung eines korrekten Ausgangssignals aussetzt, weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches von der Stöchiometrie ab und ein ungeeigneter Zündzeitpunkt wird eingestellt. Falls beispielsweise die Ausgangsspannung durch den Ausfall des Luftmengenströmungssensors ansteigt, wird der Zündzeitpunkt ohne Rücksicht auf die Motorbetriebszustände vorgestellt. Ein solches ungeeignetes Vorstellen des Zündzeitpunkts führt zum Klopfen des Motors.

Aus der DE-OS 27 40 044 ist ein Lernsystem ähnlich dem oben beschriebenen System bekannt. Bei diesem System sind jedoch keine Vorkehrungen dagegen getroffen, daß bei einem Ausfall des Luftströmungssensors ein ordnungsgemäßer Betrieb erfolgt.

Aus der DE-OS 29 45 543 ist ein System bekannt, durch das Fehler in Sensoren feststellbar sind. Die Sensoren werden hierbei jeweils gesondert überwacht, was einen gewissen Schaltungsaufwand erfordert.

Weiterhin ist aus der DE-OS 30 28 941 ein System bekannt, bei welchem dann, wenn ein Sensor ausfällt, von Regelung auf Steuerung umgeschaltet und der Motorbetrieb so aufrechterhalten wird.

Aus der DE-OS 27 55 015 ist eine Zündzeitpunktregelung der eingangs genannten Art bekannt, die aber auch nur solange korrekt funktioniert, als der dort vorgesehene Sensor zum Messen der angesaugten Luftmenge korrekt funktioniert.

Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündzeitpunktregelung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Motorbetrieb auch bei Ausfall des Luftmengenmessers aufrechterhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Punkt liegt gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß eine Aussage über den Betriebszustand des Luftmengenmessers im Fahrzustand des mit der Brennkraftmaschine versehenen Fahrzeugs über die Beobachtung eines ganz anderen Parameters geschieht, der von dem Ausgangssignal des O₂-Sensors abhängt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildungen näher beschrieben.

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Mikrocomputersystems, das bei der Anordnung nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3a eine Darstellung einer Matrix zum Feststellen des stetigen Zustands des Motorbetriebs,

Fig. 3b eine Tabelle für Lernregelkoeffizienten,

Fig. 4a eine Darstellung der Ausgangsspannung eines O₂-Sensors,

Fig. 4b eine Darstellung der Ausgangsspannung eines Integrators,

Fig. 5 eine Darstellung einer linearen Interpolation zum Lesen der Tabelle der Fig. 3b,

Fig. 6a und 6b Darstellungen zum Erläutern der Wahrscheinlichkeit der Aktualisierung und

Fig. 7a und 7b Flußdiagramme des Betriebs einer Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird ein Motor 1 für ein Kraftfahrzeug mit Luft über einen Luftreiniger 2, ein Ansaugrohr 2 a und ein Drosselventil 5 in einem Drosselventilkörper 3 gespeist, wobei die Luft mit von einer Einspritzeinrichtung 4 zugeführtem Kraftstoff gemischt wird. Ein Katalysator 6 und ein O₂-Sensor 16 sind in einem Auspuffkanal 2 b vorgesehen. Ein Auspuffgasrückführventil (EGR) 7 ist in einem EGR-Kanal 8 vorgesehen.

Kraftstoff in einem Kraftstofftank 9 wird der Einspritzeinrichtung 4 durch eine Brennstoffpumpe 10 über ein Filter 13 und einen Druckregler 11 zugeführt. Ein Elektromagnetventil 14 ist in einem Bypass 12 um das Drosselventil 5 vorgesehen, um die Motordrehzahl im Leerlaufbetrieb zu regeln. Ein Luftmengenströmungssensor 17 ist an dem Ansaugrohr 2 a vorgesehen. Ein Drosselstellungsfühler 18 ist an dem Drosselventilkörper 3 vorgesehen. Ein Kühlmitteltemperaturfühler 19 ist an dem Motor angebracht. Ausgangssignale des Strömungssensors 17 und der Fühler 18 und 19 werden einem Mikrocomputer 15 zugeführt. Der Mikrocomputer 15 wird auch mit einem Kurbelwellensignal von einem Kurbelwellenfühler 21, der an einem Verteiler 20 angebracht ist, und einem Startersignal von einem Starterschalter 23, der zum Ein- und Ausschalten des elektrischen Stroms von einer Batterie 24 wirkt, gespeist. Die Anordnung ist des weiteren mit einem Einspritzrelais 25 und einem Kraftstoffpumpenrelais 26 zum Betätigen der Einspritzeinrichtung 4 und der Kraftstoffpumpe 10 versehen.

Gemäß Fig. 2 enthält der Mikrocomputer 15 eine Mikroprozessoreinheit 27, einen ROM 29, einen RAM 30, einen nicht-flüchtigen RAM 31, einen A/D-Umsetzer 32 und ein I/O-Interface 33. Ausgangssignale des O₂-Sensors 16, des Luftmengenströmungssensors 17 und des Drosselstellungsfühlers 18 werden in digitale Signale umgesetzt und der Mikroprozessoreinheit 27 über einen Bus 28 zugeführt. Andere Signale werden der Mikroprozessoreinheit 27 über das I/O-Interface 33 zugeführt. Der Mikroprozessor verarbeitet Eingangssignale und führt den nachfolgend beschriebenen Vorgang aus.

Die in einer Ka-Tabelle gespeicherten Lernregelkoeffizienten Ka werden mit Daten aktualisiert, die während des stetigen Zustands des Motorbetriebs berechnet werden. In der Anordnung wird der stetige Zustand durch Bereiche der Motorlast, der Motordrehzahl und eine Andauer eines festgestellten Zustands bestimmt. Fig. 3a zeigt eine Matrix für die Feststellung, die beispielsweise sechzehn Unterteilungen enthält, die durch fünf Reihenlinien und fünf Spaltenlinien begrenzt sind. Größen der Motorlast werden an fünf Punkten L 0 bis L 4 auf der X-Achse festgelegt, Größen der Motordrehzahl werden an fünf Punkten N 0 bis N 4 auf der Y-Achse festgelegt. Die Motorlast wird somit in vier Bereiche unterteilt, d. h. L 0-L 1, L 1-L 2, L 2-L 3 und L 3-L 4. In gleicher Weise wird die Motordrehzahl in vier Bereiche aufgeteilt.

Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 16 ändert sich andererseits zyklisch um eine Bezugsspannung, die einem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis entspricht, siehe Fig. 4a. Die Spannung wechselt nämlich zwischen hohen und niedrigen Spannungen entsprechend den fetten und mageren Luft-Kraftstoff- Gemischen. Wenn in der Anordnung die Ausgangsspannung (Rückkopplungssignal) des O₂-Sensors während dreier Zyklen innerhalb der sechzehn Unterteilungen in der Matrix andauert, wird angenommen, daß sich der Motor im stetigen Zustand befindet.

Fig. 3b zeigt eine Ka-Tabelle zum Speichern der Lernregelkoeffizienten Ka, die in dem RAM 31 der Fig. 2 enthalten ist. Die Ka-Tabelle ist zweidimensional und hat Adressen a 1, a 2, a 3 und a 4, die den Motorlastbereichen L 0-L 1, L 1-L 2, L 2-L 3 und L 3-L 4 entsprechen. Alle in der Ka-Tabelle gespeicherten Koeffizienten Ka werden anfänglich auf denselben Wert eingestellt, nämlich die Zahl "1", da das Kraftstoffzufuhrsystem werksseitig so ausgebildet ist, daß es die geeignetste Kraftstoffmenge ohne den Koeffizienten Ka vorsieht. Es kann jedoch nicht sichergestellt werden, daß jeder Motor exakt gleiche Daten, die zu selben Ergebnissen führen, hat. Der Koeffizient Ka soll deshalb durch Lernen an jedem Kraftfahrzeug, wenn dieses tatsächlich benutzt wird, aktualisiert werden.

Nachfolgend wird die Berechnung der Einspritzimpulsbreite (Ti in Formel 2) beim Starten des Motors erläutert. Da die Temperatur des Körpers des O₂-Sensors 16 niedrig ist, ist die Ausgangsspannung des O₂-Sensors sehr niedrig. In diesem Zustand stellt die Anordnung eine "1" als Wert des Korrekturkoeffizienten α bereit. Auf diese Weise berechnet der Computer die Einspritzimpulsbreite Ti aus der Luftmengenströmung Q, der Motordrehzahl N, COEF, α und Ka. Wenn der Motor warmgelaufen ist und der O₂-Sensor aktiv ist, wird ein Integral der Ausgangsspannung des O₂-Sensors zu einer vorbestimmten Zeit als Wert α vorgesehen. Der Computer hat insbesondere die Funktion eines Integrators, so daß die Ausgangsspannung des O₂-Sensors integriert wird. Fig. 4b zeigt die Ausgangsspannung des Integrators. Die Anordnung ergibt Werte der Integration bei einem vorbestimmten Intervall (40 ms). In Fig. 4b sind beispielsweise Integrale I 1, I 2 . . . zu Zeiten T 1, T 2 . . . vorgesehen. Die Menge an Kraftstoff wird demgemäß in Übereinstimmung mit dem Rückkopplungssignal von dem O₂-Sensor, das durch ein Integral dargestellt ist, geregelt.

Nachfolgend wird der Lernvorgang beschrieben. Wenn der stetige Zustand des Motorbetriebs festgestellt wird, wird die Ka-Tabelle mit einem Wert relativ zu dem Rückkopplungssignal von dem O₂-Sensor aktualisiert. Das erste Aktualisieren wird mit einem arithmetischen Durchschnitt A eines Maximalwerts und eines Minimalwerts in einem Zyklus der Integration ausgeführt, beispielsweise Werte Imax und Imin in Fig. 4b. Wenn der Wert α nicht 1 ist, wird danach die Ka-Tabelle um einen Minimalwert Δ A, der in dem Computer erhalten werden kann, erhöht oder verringert. Ein Bit wird nämlich zu einem BCD-Kode, der den Wert A des Koeffizienten Ka darstellt, der beim ersten Lesen wiedergeschrieben worden ist, addiert oder von diesem subtrahiert.

Die Anordnung hat andererseits eine Zündzeitpunktsregelvorrichtung 40, die an dem Verteiler 20 (Fig. 1) zum Regeln des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Luftmengenströmung Q angebracht ist.

Die Arbeitsweise der Anordnung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 7a und 7b beschrieben. Das Lernprogramm wird in vorbestimmten Intervallen (40 ms) gestartet. Beim ersten Betrieb des Motors und beim ersten Fahren des Kraftfahrzeugs wird die Motordrehzahl beim Schritt 101 abgefragt. Wenn die Motordrehzahl innerhalb des Bereichs zwischen N 0 und N 4 liegt, geht das Programm zum Schritt 102. Falls die Motordrehzahl außerhalb des Bereichs liegt, gibt das Programm die Routine im Schritt 122 aus. Im Schritt 102 wird die Stelle der Reihe der Matrix der Fig. 3a, in der die festgestellte Motordrehzahl enthalten ist, festgestellt und die Stelle wird in dem RAM 30 gespeichert. Daraufhin geht das Programm zum Schritt 103, in dem die Motorlast abgefragt wird. Wenn die Motorlast innerhalb des Bereichs zwischen L 0 und L 4 liegt, geht das Programm zum Schritt 104. Falls die Motorlast außerhalb des Bereichs liegt, gibt das Programm die Routine aus. Danach wird die Stelle der Spalte entsprechend der festgestellten Motorlast in der Matrix festgestellt und in dem RAM gespeichert. Die Stelle der Unterteilung entsprechend dem Motorbetriebszustand, der durch die Motordrehzahl und die Motorlast dargestellt ist, wird in der Matrix bestimmt, beispielsweise die Unterteilung D 1 in Fig. 3a. Das Programm geht zum Schritt 105, in dem die festgestellte momentane Stelle der Unterteilung mit der Stelle der Unterteilung verglichen wird, die beim letzten Lernen festgestellt worden ist. Wenn das Lernen zum ersten Mal stattfindet, kann der Vergleich nicht ausgeführt werden und somit wird das Programm beendet, indem es über die Schritte 107 und 111 läuft. Im Schritt 107 wird die momentane Stelle der Unterteilung im RAM 30 gespeichert.

Bei einem Lernen nach dem ersten Lernen wird die festgestellte momentane Stelle mit der zuletzt gespeicherten Stelle der Unterteilung im Schritt 105 verglichen. Falls die Stelle der Unterteilung in der Matrix dieselbe wie beim ersten Lernen ist, geht das Programm zum Schritt 106, in dem die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 16 festgestellt wird. Falls die Spannung vom fetten zum mageren Luft-Brennstoff-Verhältnis und umgekehrt wechselt, geht das Programm zum Schritt 108, und falls nicht, wird das Programm beendet. Im Schritt 108 wird die Zahl der Zyklen der Ausgangsspannung durch einen Zähler gezählt. Falls der Zähler beispielsweise bis drei aufwärts gezählt hat (Abfrage Schritt 110), geht das Programm zum Schritt 110. Falls die Zählung drei nicht erreicht hat, wird das Programm beendet. Beim Schritt 110 wird der Zähler gelöscht und das Programm geht zum Schritt 112.

Wenn die Stelle der Unterteilung nicht dieselbe wie beim letzten Lernen ist, geht das Programm andererseits vom Schritt 105 zum Schritt 107, in dem die alten Daten der Stelle durch die neuen Daten ersetzt werden. Im Schritt 111 wird der Zähler, der im Schritt 108 beim letzten Lernen hochgezählt worden ist, gelöscht.

Im Schritt 112 wird ein arithmetischer Durchschnitt A von Maximal- und Minimalwerten des Integrals der Ausgangsspannung des O₂-Sensors über drei Zyklen des Ausgangssignals berechnet und in dem RAM gespeichert. Danach geht das Programm zum Schritt 113, in dem die Adresse entsprechend der Stelle der Unterteilung festgestellt wird. Beispielsweise wird die Adresse a 2 entsprechend der Unterteilung D 1 festgestellt und in dem RAM gespeichert, um ein Kennzeichen zu setzen. Im Schritt 114 wird die gespeicherte Adresse mit der zuletzt gespeicherten Adresse verglichen. Da vor dem ersten Lernen keine Adresse gespeichert ist, geht das Programm zum Schritt 115. Im Schritt 115 wird der Lernregelkoeffizient Ka in der Adresse der Ka-Tabelle der Fig. 3b vollständig durch den neuen Wert A, d. h. dem im Schritt 112 erhaltenen arithmetischen Durchschnitt, aktualisiert.

Nach dem Aktualisieren der Tabelle geht das Programm zum Schritt 116, bei dem abgefragt wird, ob der in dem RAM gespeicherte Wert A größer als "1" ist. Falls der Wert A größer als "1" ist, bedeutet dies, daß der Wert A erhöht ist, um ein mageres Gemisch zu kompensieren, was durch einen kleinen Wert von Q wegen eines Ausfalls des Luftströmungssensors bestimmt wird. Das magere Gemisch wird somit auf ein geeignetes Gemisch durch den großen Wert von A korrigiert. Der Zündzeitpunkt wird jedoch durch eine kleine Menge von Q nachgestellt. In diesem Zustand geht das Programm zum Schritt 117, in dem die Differenz D zwischen dem Wert A und dem gewünschten Wert "1" gebildet wird, um einen Wert relativ zu dem gewünschten Wert "1" zu erhalten. Falls die Differenz D größer als eine vorbestimmte obere Grenze ist, was den Ausfall des Luftströmungssensors 17 bedeutet, geht das Programm vom Schritt 118 zum Schritt 119. Im Schritt 119 wird der Ausfall des Strömungssensors angezeigt (beispielsweise durch eine Lampe) und der Zündzeitpunkt wird vorgestellt, um den Zündzeitpunkt zu korrigieren. Falls die Differenz D kleiner als die obere Grenze ist, endet das Programm.

Falls der Wert A nicht größer als "1" ist, wird abgefragt, ob A kleiner als "1" ist, und die Differenz D des Werts A und des gewünschten Werts "1" wird beim Schritt 121 gebildet. Falls die Differenz D kleiner als eine vorbestimmte untere Grenze ist, geht das Programm vom Schritt 124 zum Schritt 123, bei dem der Ausfall des Luftströmungssensors angezeigt und der Zündzeitpunkt nachgestellt werden.

Bei einem Lernen nach dem ersten Aktualisieren, falls die bei dem Vorgang festgestellte Adresse dieselbe wie die letzte Adresse ist (das Kennzeichen ist in der Adresse vorhanden), geht das Programm vom Schritt 114 zum Schritt 125, in dem abgefragt wird, ob der Wert α (das Integral der Ausgangsspannung des O₂-Sensors) beim Lernen größer als "1" ist. Falls α größer "1" ist, geht das Programm zum Schritt 126, in dem die Minimaleinheit Δ A (ein Bit) zu dem Lernregelkoeffizienten Ka in der entsprechenden Adresse addiert wird. Falls α kleiner als "1" ist, geht das Programm zum Schritt 127, in dem abgefragt wird, ob α kleiner als "1" ist. Falls α kleiner als "1" ist, wird die Minimaleinheit Δ A von Ka beim Schritt 128 subtrahiert. Wenn α nicht kleiner als "1" ist, was bedeutet, daß α = "1" ist, gibt das Programm die aktualisierte Routine aus. Der Aktualisierungsvorgang dauert somit an, bis der Wert α "1" wird. Das Programm geht von den Schritten 126 und 128 zum Schritt 116 und dieselben Programme wie die oben beschriebenen Programme werden durchgeführt.

Wenn die Einspritzimpulsbreite Ti berechnet wird, wird der Lernregelkoeffizient Ka aus der Ka-Tabelle in Übereinstimmung mit dem Wert der Motorlast L ausgelesen. Die Werte von Ka werden jedoch in Intervallen der Last gespeichert. Fig. 5 zeigt eine Interpolation der Ka-Tabelle. Bei Motorlasten X 1, X 2, X 3 und X 4 werden aktualisierte Werte Y 3 und Y 4 (als Koeffizient K) gespeichert. Wenn die festgestellte Motorlast nicht mit den eingestellten Lasten X 1 bis X 4 zusammenfällt, wird der Koeffizient Ka durch lineare Interpolation erhalten. Der Wert Y von Ka bei der Motorlast X wird beispielsweise durch die folgende Gleichung erhalten:

Y = ((X-X 3)/(X 4-X 3)) × (Y 4-Y 3)+Y 3.

Fig. 6a ist ein Matrixmuster, das die Aktualisierungswahrscheinlichkeit über 50% zeigt, und Fig. 6b ist ein Muster, das die Wahrscheinlichkeit über 70% durch schraffierte Unterteilungen in der Matrix zeigt. Insbesondere tritt in dem schraffierten Bereich in Fig. 6b die Aktualisierung mit einer Wahrscheinlichkeit über 70% auf. Aus den Figuren ist ersichtlich, daß die Aktualisierungswahrscheinlichkeit bei extrem stetigem Motorbetriebszustand, wie beim Zustand mit niedriger Motorlast und hoher Motordrehzahl bzw. bei hoher Motorlast und niedriger Motordrehzahl, gering ist. Zusätzlich ist festgestellt worden, daß die Differenz zwischen Werten des Koeffizienten Ka in benachbarten Drehzahlbereichen klein ist. Es ist deshalb ersichtlich, daß die zweidimensionale Tabelle, in der ein einzelner Datenwert bei jeder Adresse gespeichert ist, ausreichend ist, um die Lernregelung eines Motors auszuführen.

Gemäß der Erfindung kann somit der Ausfall eines Luftströmungssensors festgestellt werden und der Zündzeitpunkt wird eingestellt, um den Motorbetrieb in geeigneter Weise aufrechtzuerhalten, bis der Ausfall repariert worden ist.

Claims (1)

1. Zündzeitpunktregelung für eine Brennkraftmaschine mit einem Sensor (17) zum Messen der angesaugten Luftmenge, dessen Ausgangssignal in die Berechnung von Zündzeitpunkt und Kraftstoffeinspritzmenge einfließt,
   gekennzeichnet durch
   die Kombination folgender Merkmale:
   ein Datenspeicher (31) mit einem O₂-Sensor (16) ist vorgesehen, zum Feststellen der O₂-Konzentration in den Abgasen der Brennkraftmaschine, der ein Rückkopplungssignal in Abhängigkeit von der O₂-Konzentration abgibt,
   es sind Einrichtungen (115) zum Aktualisieren von Daten im Speicher mit einem Wert (A) relativ zum Rückkopplungssignal vorgesehen,
   es sind Einrichtungen (118, 121) vorgesehen, um die aktualisierten Daten mit vorbestimmten oberen und unteren Grenzen zu vergleichen,
   es sind Einrichtungen (119, 123) vorgesehen, um dann, wenn die aktualisierten Daten die obere oder die untere Grenze überschreiten, zum einen den Zündzeitpunkt des Motors auf einen Festwert zu stellen und so den Betrieb der Maschine sicherzustellen und zum anderen den Ausfall des Sensors (17) zu melden.