DE3740527C2 - Vorrichtung zum Regeln des Luft-Brennstoff-Gemischs eines Verbrennungsmotors an der Magergrenze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des einem Verbrennungsmotor zugeführten mageren Luft- Brennstoff-Gemischs an der Magergrenze mit

• - einer Sensoreinrichtung zum Messen des Zylinderinnen­ drucks in den Zylindern des Motors und zum Erzeugen eines Meßsignals,
• - einem Sollwertgeber zum Erzeugen von Sollwertsignalen in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Motors,
• - einer Vergleichsschaltung, die den jeweiligen Sollwert mit einem mit dem Zylinderinnendruck in Zusammenhang stehenden Istwert vergleicht,
• - einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Vergleichser­ gebnis das Luft-Brennstoff-Gemisch regelt,
• - einer Brennstoffmengensteuereinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Regeleinrichtung ein Betätigungssignal für ein Stellglied zur Beeinflussung des Luft-Brennstoff-Gemisches erzeugt.

Gemischregelungen, insbesondere zur Einstellung des Brenn­ stoff-Luft-Gemisches an der Magergrenze sind bekannt.

So schlägt die DE-OS 24 49 836 vor, über die mit einem Meß­ wertaufnehmer gemessenen Schwankungen, die mit Sollwerten verglichen werden, das Kraftstoff-Luft-Gemisch einzustellen. Dort werden Innendruckwerte nur bei vorgegebenen Kurbelwellenstellungen gemessen, und es wird ein der Schwankung des Innendrucks in aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen des Motors bei vorgegebener Kurbelwelleneinstellungen entsprechendes Signal als Mittelwert der Meßwerte gebildet und mit einem Sollwert verglichen. Das aus der DE-OS 24 49 836 bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß, da sich das Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine mit deren Alter ständig ändert, es sich nicht auf diese veränderten Meßwerte einzustellen vermag.

Eine weitere elektronische Motorsteuerung ist aus der US-PS 45 35 740 bekannt, wobei diese Druckschrift sich auf die Einstellung optimaler Zündzeitpunkte bei bestimmten Brenn­ stoff/Luft-Verhältnissen bezieht und keine Einstellung der Gemischzusammensetzung erfolgt, sondern durch Kennfeldwerte (open loop) gesteuert wird. Bei konstanten Betriebsbedin­ gungen werden die Kennfeldwerte in Abhängigkeit von einem Soll-Ist-Vergleich für die - bspw. von einem Innendruck­ sensor gemessenen - gemittelte Verbrennungsdauer bestimmt. Dort ist keine Lehre angegeben, wie bei einem möglichst mageren Gemisch gearbeitet werden soll.

Eine weitere elektronische Motorsteuerung ist beispielsweise aus der US-PS 39 69 614 von Moye et al. bekannt geworden, wobei dort Werte zur Einstellung eines Motors dadurch erhalten werden, daß wenigstens eine Motorbetriebsbedingung gemessen wird, ein für diese Bedingung typisches elektrisches Signal erhalten wird und aus diesem bei Vergleich mit Werten aus einer algebraischen Funktion, die eine gewünschte Beziehung zwischen Einstellung und Energieumwandlungsregelungseinrichtung und der abgetasteten Bedingung beschreiben, arithmetisch Steuerdaten berechenbar sind.

Zu den typischen Meßwerten, die zur Steuerung des Motors verwendet werden, gehören der Drosselklappenwinkel, die Brennstoffmenge, die Brennstoffeinspritzerzeit-Einstellung, die Zündzeiteinstellung und, falls eine Abgasrückführung verwendet wird, und die Menge der durch den Motor rück­ geführten Abgase. Zur Einstellung dieser Variablen, die den Energieumwandlungsprozeß bestimmen, können verschiedene Mo­ torbedingungen während des Betriebs des Motors gemessen werden. Es kann einer oder mehrere der nachfolgenden Motor­ werte gemessen werden: Kurbelwellenstellung, Motordrehzahl, Luftmassenströmung in den Motor, Ansaugverteilerdruck, Drosselklappenwinkel, Abgasrückführungsventilstellung, Verstellung des Drosselklappenwinkels, Änderung der Motordrehzahl, Brennstofftemperatur, Brennstoffdruck, Änderung der Einstellung des Abgasrückführungsventils, Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung, Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehmoment, Luft/Brennstoff-Verhältnis, Abgasemission etc.

Es ist gefunden worden, daß es unter bestimmten Bedingungen günstig ist, mit einem sehr mageren Luft/Brennstoff-Ver­ hältnis zu arbeiten. Beispielsweise kann dadurch ein wirtschaftlicherer Brennstoffverbrauch erzielt oder die Emission herabgesetzt werden. Bekannte Motorsteuerungen haben Schwierigkeiten, den Motor in oder nahe der Grenze der mageren Luft/Brennstoff-Bedingungen zu betreiben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Brennstoff-Gemisches an der Magergrenze zu schaffen, das einfach und zuverlässig den Motorbetrieb auf magere Luft/Brennstoff-Bedingungen regelt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Patentanspruch 2.

Aufgrund der Aktualisierung oder Anpassung des Kennfeldes wird ein Betrieb genau an der Magergrenze ermöglicht.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei diese keinesfalls auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist.

In der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung an der Magergrenze unter Verwendung eines Zylinderinnendruck­ verbrennungsdrucksignals dargestellt.

Ein Motorsystem 10 umfaßt einen elektronischen Brennstoff­ regler und einen Motor 11, der Zylinderinnendruck-Verbren­ nungsdrucksensoren 12 aufweist, die mit jedem Zylinder des Motors gekoppelt sind. Der elektronische Brennstoffregler und der Motor 11 erhalten ein Eingangssignal von einer Mul­ tiplikationseinrichtung 13, die ein Eingangssignal aus einer Luftmengenmeßeinrichtung 14 und ein weiteres Eingangssignal aus einer Regeleinrichtung 15 erhält, die Teil eines Rückkopplungskreises mit den Drucksensoren 12 ist. Insbesondere enthält der Rückkopplungskreis eine Additionsschaltung 16, die Eingangssignale aus einem Verbrennungsdauer-Kennfeld 17 bei der Magergrenze und ein weiteres Eingangssignal aus der Verbrennungszeitberechnung 18 erhält. Die Zylinderinnendrucksensoren 12 liefern ein Ausgangssignal direkt zum Eingang des Kennfelds 17 bei der Magergrenze über eine anpassungsfähige Algorithmusfunktion 19. Das Kennfeld 17 bei der Magergrenze besitzt als Eingangssignale die Motordrehzahl und das Motordrehmoment.

Beim Betrieb erhält ein von den Zylinderinnendrucksensoren 12 abgeleitetes Rückkopplungssignal das Luft/Brennstoff- Verhältnis des Motors bei der Magergrenze für sämtliche Drehzahl- und Drehmoment-Betriebsbedingungen bei.

Weiterhin wird die Verbrennungsdruck- oder Rückkopplungs­ information dazu verwendet, um das vorprogrammierte Kennfeld 17 bei der Magergrenze zu aktualisieren oder anzupassen, von dem der grundlegende Brennstoffbefehl an die Brennstoffregelung 11 des Motors gegeben wird.

Das Verbrennungsdauerkennfeld an der Magergrenze ist im eingebauten Motorsteuerungscomputer als Funktion der Motordrehzahl des Motordrehmomentes und gegebenenfalls der Motorzündfunkeneinstellung vorprogrammiert, um Luft/Brennstoff-Verhältnisse an der Magergrenze für alle Motordrehzahl- und Drehmomentbetriebspunkte zu erzeugen, die in irgendeinem Fahrzyklus erwartungsgemäß auftreten könnten.

Zu jedem beliebigen Zeitpunkt wird die vorherbestimmte Brenndauer an der Magergrenze, die der zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Drehzahl und Drehmoment entspricht, aus dem Kennfeld 17 der Verbrennungsdauer abgelesen und mit dem tatsächlichen Wert der Verbrennungsdauer verglichen, der aus dem aus dem entsprechenden Zylinderinnendrucksensor 12 rückgeführten Verbrennungsdrucksignal berechnet wird.

Das sich aus der Additionsschaltung 16 ergebende Fehlersi­ gnal wird durch den Rückkopplungsregler 15 über einen ge­ eigneten Algorithmus, beispielsweise proportional-integral, in ein Brennstoff/Luft-Befehlssignal verarbeitet. Das Brennstoff/Luft-Befehlssignal wird dann mit einem Luftströmungssignal, das entweder mit dem Luftmengenmesser gemessen oder unter Verwendung eines üblichen Geschwindigkeitsdichte-Algorithmus berechnet wird, multi­ pliziert, um den tatsächlichen Brennstoffbefehl M_f als Ausgangssignal der Multiplikationseinrichtung 13 zu ergeben. Der Brennstoff/Luft-Befehl wird dann auf einen an sich bekannten elektronischen Brennstoffregler 11 im Motor gegeben, vorteilhafterweise nach einer Kompensation über den Durchgangsbrennstoff und für mehrere Zylinder angepaßt, um pulsbreitenmodulierte Brennstoffeinspritzer- Antriebssignale zu erzeugen, die einen Betrieb im Bereich der Magergrenze für jeden einzelnen Zylinder bewirken.

In vorteilhafter Weise kann ein Parameter des Verbren­ nungsdruckrückkopplungssignals, beispielsweise dessen Änderung, zur Aktualisierung oder Anpassung des Kennfeldes 17 der Verbrennungsdauer an der Magergrenze verwendet wer­ den, um Fehler in der Verbrennungsdauer an der Magergrenze, die sich aus den Messungen des Verbrennungsdrucks ergeben, auszuschalten. Dieses Anpassen wird durchgeführt, indem die Betriebsverbrennungsdrucksignale zur Änderung der Mager­ grenze in den richtigen Drehzahl- und Drehmoment-Bereichen des Verbrennungsdauerkennfeldes 17 entsprechend den speziellen Betriebsbedingungen, wo der Fehler beobachtet wurde, verwendet werden. Eine derartige Aktualisierung des Kennfeldes 17 wird ausgeführt, wenn der Motor bei irgendeiner besonderen Drehzahl- und Drehmoment-Bedingung während eines ausreichend langen Zeitraumes, der beispielsweise mehrere Sekunden dauern kann, in Betrieb ist, so daß dynamische Effekte nicht signifikant sind. Um abrupte Übergänge von einem Bereich des Kennfeldes zu einem anderen zu vermeiden, wird jeweils dann, wenn eine Verbrennungszeitkorrektur durchgeführt wird, eine etwas ge­ ringere Korrektur in jedem der benachbarten Drehzahl- und Drehmoment-Bereiche im Kennfeld durchgeführt.

Zweifellos ergeben sich für den Fachmann auf dem vorliegen­ den Gebiet weitere verschiedene Modifikationen und Variationen im Rahmen der Erfindung.

Beispielsweise können die speziellen Charakteristika des Magergrenzen-Verbrennungsdauerkennfeldes von den hier ange­ gebenen abgeändert werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Regeln des einem Verbrennungsmotor zugeführten mageren Luft-Brennstoff-Gemischs an der Magergrenze mit

• - einer Sensoreinrichtung (12) zum Messen des Zylinderinnen­ drucks in den Zylindern des Motors und zum Erzeugen eines Meßsignals,
• - einem Sollwertgeber (17) zum Erzeugen von Sollwert­ signalen in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors,
• - einer Vergleichsschaltung (16), die den jeweiligen Sollwert mit einem mit dem Zylinderinnendruck in Zusammenhang stehenden Istwert vergleicht,
• - einer Regeleinrichtung (15), die abhängig vom Vergleichs­ ergebnis das Luft-Brennstoff-Gemisch regelt,
• - einer Brennstoffmengensteuereinrichtung (11), die abhängig vom Ausgangssignal der Regeleinrichtung ein Betätigungssignal für ein Stellglied zur Beeinflussung des Luft-Brennstoff- Gemischs erzeugt, gekennzeichnet durch
• - eine Luftmengenmeßeinrichtung (14), die ein Signal ent­ sprechend der in den Motor strömenden Luftmenge erzeugt,
• - eine Recheneinrichtung (18), die aus den dem Zylinder­ innendruck entsprechenden Meßsignalen einen Istwert für die Verbrennungsdauer in den Zylindern des Motors berechnet,
• - ein Kennfeld (17) als Sollwertgeber für Sollwerte der Verbrennungsdauer an der Magergrenze, die abhängig von Dreh­ zahl und Drehmoment des Motors gespeichert sind,
• - eine Additionsschaltung (16) als Vergleichsschaltung, der die Ausgangssignale der Recheneinrichtung (18) und des Kenn­ feldes (17) zugeführt werden, die den berechneten Istwert der Verbrennungsdauer mit dem Sollwert für die Verbrennungsdauer vergleicht und ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Sig­ nal an die Regeleinrichtung (15) abgibt, wobei die Regelein­ richtung ein dem Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechendes Signal erzeugt, und
• - eine Multiplikationseinrichtung (13), die das Signal der Luftmengenmeßeinrichtung (14) mit dem Ausgangssignal der Regeleinrichtung (15) multipliziert zu einem der zuzuführen­ den Brennstoffmenge entsprechenden Betätigungssignal für das Stellglied.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (19) zur Erzeugung von Änderungssignalen für das Kennfeld (17) bei konstanten Betriebsbedingungen des Motors anhand eines vorgebenen Algorithmus und in Abhängigkeit von den Meßsignalen der Zylinderinnendruck-Meßeinrichtung (12).