DE2812442C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren sowie einer entspre­ chenden Einrichtung zum Bestimmen von Einstellgrößen bei Brenn­ kraftmaschinen nach den Gattungen der jeweiligen Hauptansprüche.

Die nicht vorveröffentlichte DE-OS 28 29 958 offenbart eine Kraft­ stoffregeleinrichtung mit einem ersten Speicher (Abstimmtabelle 244) sowie einem Kurzfristspeicher (250). Während des Regelvorganges er­ hält der Kurzfristspeicher die jeweils neuesten Daten des Maschinen­ betriebs ein neuer Abstimmfaktor wird dann errechnet und im erst­ genannten Speicher (Tabelle 244) gespeichert. Der geänderte Spei­ cherwert unterscheidet sich von dem ersetzten in dem Sinne, daß die Abweichung zwischen Steuer- und Regelwert verringert wird und der neue Wert dann zum Bestimmen der Einspritzdauer zur Verfügung steht, wenn die Maschine das nächste Mal diesen Betriebspunkt erreicht.

Die ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE-OS 28 17 941 betrifft ein "elektronisches Gerät zur Steuerung der Zufuhr eines Luft/Benzinge­ misches in einem Verbrennungsmotor". Dort wird ein Unterschied zwi­ schen einem gespeicherten und einem mittels Messung bestimmten Wert gebildet und mit dieser Differenz fortlaufend der gespeicherte Wert korrigiert.

Auch die weitere, ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE-OS 27 50 470 offenbart lediglich ein System, bei dem ausgehend von einem Nur­ Lese-Speicher ein Grundwert bestimmt und dieser Grundwert dann im folgenden noch korrigiert wird. Bei dieser Einrichtung handelt es sich um ein Vergasersystem, bei dem der Luftdruck im Luftraum der Schwimmerkammer abhängig vom Ausgangssignal eines Speichers bei be­ stimmten Betriebskenngrößen geändert wird. Dabei übernimmt das Grundsystem des Vergasers eine gewisse Vorsteuerung der Gemisch­ zusammensetzung und mit Hilfe eines besonderen Stellwerks ist es möglich, diese vorgesteuerte Gemischzusammensetzung betriebskenn­ größenabhängig zu korrigieren.

Schließlich betrifft die DE-OS 26 33 617 ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Bestimmung von Einstellgrößen bei einer Brennkraft­ maschine, mit denen mittels einer mindestens zeitweise eingreifenden Langzeitregelung Drifteinflüsse und/oder Veränderungserserscheinungen an Brennkraftmaschine und Einspritzanlagen eliminiert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Serienprodukt won großen Stückzahlen ein relativ einfaches System zu schaffen, das einen op­ timalen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalskombinationen der Haupt­ ansprüche.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen die Fig. 1 und 2 je ein Gemisch-Diagramm aufgetragen über dem Drosselklappenwinkel, Fig. 3 ein gro­ bes Übersichtsschaubild einer Brennkraftmaschine mit Kraft­ stoffzumeßsystem auf der Basis eines steuerbaren Vergasers, Fig. 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrich­ tung zur Steuerung eines Stellwerks zur Korrektur der Ver­ gasereinstellung, Fig. 5 eine Signalverarbeitungseinrich­ tung zur Verwendung im Zusammenhang mit der Anordnung von Fig. 4, und Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Korrek­ tur entsprechend der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung von Fig. 5. Fig. 7 zeigt eine Grundstruktur eines Rechners zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Erfindung

Die Beschreibung betrifft eine korrekturgesteuerte Vergaser­ anlage bei einer Brennkraftmaschine. Vergaseranlagen können im allgemeinen eine Gemischzusammensetzung nicht optimal steuern, da die Vergaseranlage selbst bauliche Toleranzen beinhaltet und schließlich auch keinen Regelkreis zur Ein­ beziehung der Abgaswerte in die Gemischsteuerung aufweist. Fig. 1 zeigt in der Kurve λ₀ (n, α) die Gemischzu­ sammensetzung einer bekannten Vergaseranlage aufgetragen über dem Drosselklappenöffnungswinkel. Für einen optimalen Brennkraftmaschinenbetrieb auch hinsichtlich der Schadstoff­ emission wird jedoch über weite Bereiche des Drosselklappen­ öffnungswinkels ein konstanter λ-Wert vom Betrag 1,0 ge­ wünscht. Diese optimale Kurve ist mit λ k (n, α) bezeich­ net. Da der unkorrigierte Vergaser eine Gemischzusammenset­ zung entsprechend der Kurve λ₀ bereitstellt, was als Vor­ steuerung bezeichnet wird, dient eine zusätzliche Steuerung der Vergaseranlage über ein separates Stellwerk der Regelung der Gemischzusammensetzung auf vorzugsweise den nahezu kon­ stanten Wert λ = 1,0. Aus dem Diagramm von Fig. 1 wird deutlich, daß die Steuereinrichtung für das Stellwerk zur Korrektur der Vergasereinstellung zu jedem Drosselklappen­ winkelwert ein bestimmtes Signal abgeben muß, um die Ab­ weichung des λ-Wertes von 1,0 auszusteuern. Diese je­ weilige Abweichung ist mit Δ λ (n, α) bezeichnet.

Ein weiteres Diagramm einer gewünschten und realisierbaren Gemischzusammensetzung ist in Fig. 2 dargestellt. Gestrichelt angezeichnet sind dort über dem Drosselklappenöffnungswinkel λ-Werte, die die sogenannte Mager-Grenze der Brennkraft­ maschine darsteller. Als Mager wird eine Gemischzusammen­ setzung mit kleinem Kraftstoffanteil bezeichnet und somit gibt die Mager-Grenze das größte Luft zu Kraftstoffmengenverhältnis an, bei dem die Brennkraftmaschine noch läuft.

Mit einem unkorrigierten Vergasersystem ist ein magerer Be­ trieb nur schwerlich zu realisieren, da gerade im mageren Betrieb sehr leicht Störungen beim Rundlauf z. B. bei niede­ rer Temperatur auftreten können und mechanische Regelungs­ systeme für eine Ausregelung von Störungen im allgemeinen sehr träge sind. Zur Realisierung des Kurvenverlaufs λ k (n, α) ist somit ein auf den Vergaser einwirkendes Stellwerk vorgesehen, das seine Ansteuersignale aus einer elektrischen Regeleinrichtung erhält.

Fig. 3 zeigt in grober Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Vergaseranlage, die zusätzlich durch elektrische Rege­ lungssignale steuerbar ist. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet, mit 11 ein Einlaßventil und mit 12 ein Aus­ laßventil. Stromaufwärts des Einlaßventils 11 ist im Bereich eines Luftansaugrohres 13 ein Vergasersystem 14 mit Venturi 15, Drosselklappe 16 und Schwimmerkammer 17 gezeichnet. In der Schwimmerkammer 17 befindet sich ein Schwimmer 18, dessen Höhenlage die Kraftstoffzufuhr zum Venturi 15 bestimmt. Eine zusätzliche steuerbare Drosselstelle für den Kraftstofffluß zwischen Schwimmerkammer 17 und Venturi 15 ist mit 19 bezeich­ net. Steuerbar ist diese Drosselstelle 19 über ein Stellwerk 20, welches elektrische Signale von einem Steuergerät 21 er­ hält. Eingangsgrößen für dieses Steuergerät 21 sind z.B. der Drosselklappenöffnungswinkel α, die Drehzahl n und ein Wert bezüglich der Luftzahl λ(= Abgaszusammensetzung). Strom­ abwärts des Auslaßventils 12 der Brennkraftmaschine 10 ist schließlich noch eine λ-Sonde 22 eingezeichnet, deren Aus­ gangssignal in einem λ-Wert-Geber 23 zur weiteren Verarbei­ tung aufbereitet wird.

Beim nicht korrekturgesteuerten Betrieb der Vergaseranlage 14 ergibt sich eine Gemischzusammensetzung aufgrund des Unter­ drucks im Venturi 15 und der Einstellung des Schwimmers 18 in der Schwimmerkammer 17 entsprechend den Kurvenverläufen λ₀ (n, α) in den Fig. 1 und 2. Diese Vorsteuerung aufgrund der physikalischen Gegebenheiten des Vergasersystems ist mittels der steuerbaren Drosselstelle 19 und dem Stell­ werk 20 im Sinne der Kurven λ k (n, α) der Fig. 1 und 2 korrigierbar. Zur Bildung des Ansteuersignals des Stellwerks 20 für die Drosselstelle 19 werden Drosselklappenöffnungs­ winkelwerte, sowie Drehzahl-, λ-und gegebenfalls Temperatur­ werte verarbeitet. Mit Hilfe dieser Korrektur läßt sich so­ mit die Gemischzusammensetzung regeln und auf die gewünsch­ ten Werte einstellen.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung 21 (Fig. 3) auf digitaler Basis mit einem Schreib-Lese-Speicher 30. Eingangsgrößen für die Steuereinrichtung 21 sind Signale von einem Drehzahlgeber 31, einem Drosselklappenöffnungswin­ kel-Geber 32, einem λ-Wert-Geber 23 sowie einem Temperatur­ geber 33. Der Speicher 30 enthält ein dreidimensionales Kenn­ feld, wobei die zwei Variablen ein Drehzahl- und ein Drossel­ klappenöffnungswinkel-Signal sind. Wegen der digitalen Aus­ führung des Speichers 30 sind zwischen die Geber 31 und 32 und dem Speicher 30 ein Frequenz-Zahlen-Wandler 34 und ein Winkel-Zahlen-Wandler 35 geschaltet. Der aus dem Speicher 30 auslesbare Wert entspricht dem Δ λ (n, α) der Fig. 1 und 2. Dem Ausgang 37 des Speichers 30 folgt ein Digital-Analog- Wandler 38 sowie nachfolgend eine Korrekturstufe 39. In die­ ser Korrekturstufe 39 werden die aus dem Speicher 30 ausge­ lesenen Korrekturwerte λ- und temperaturabhängig korrigiert. Ausgangsseitig ist die Korrekturstufe 39 mit einem Koppel­ punkt 40 verknüpft, von dem sowohl eine Leitung 41 zum Stellwerk 20 als auch eine Leitung 42 zu einem Analog-Digi­ tal-Wandler 43 führt. Dieser Analog-Digital-Wandler stellt jeweils einen neuen und korrigierten Wert für einen bestimm­ ten Speicherplatz (Drehzahl und Last) zur Verfügung.

Das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild ist sehr grob ge­ halten, es veranschaulicht jedoch am besten den erfindungsge­ mäßen Gedanken, nämlich das fortlaufende Ändern der im Spei­ cher 30 stehenden Werte abhängig von Betriebskenngrößen wie einem λ-Wert und der Temperatur.

Aufgrund des obenangeführten Regelvorganges der Speicherwerte ist es möglich, bei jedem neuen Startfall der Brennkraftma­ schine von gespeicherten Werten Null auszugehen, da die Spei­ cherwerte ja fortlaufend im Sinne von ausgewählten Betriebs­ kenngrößen korrigiert werden. Dieses gänzlich neue Einschrei­ ben von Δ λ-Werten ist jedoch mit einer gewissen Verzöge­ rungszeit bei der Bildung optimaler Werte nach einem Startfall verbunden. Wird ein schnelleres Erreichen dieser optimalen Werte gewünscht, empfiehlt sich die Abspeicherung von z. B. empirisch ermittelten Werten der Größe Δ λ (n, α) entspre­ chend der Fig. 1 in einem NUR-Lese-Speicher und bei jedem Startfall die Übernahme dieser dort gespeicherten Werte in einem als Schreib-Lese-Speicher ausgebildeten Arbeitsspeicher. Diese Möglichkeit ist im Blockschaltbild von Fig. 4 mit einem Zusatzkästchen 45 neben dem Speicher 30 angedeutet, das einen NUR-Lese-Speicher (ROM) enthalten soll.

Beim obenbeschriebenen System nach dem Blockschaltbild von Fig. 4 erfolgt die Korrektur der aus dem Speicher 30 ausles­ baren Werte im analogen Bereich. Es sind nun Fälle denkbar, insbesondere bei der angestrebten Integration mehrerer Bau­ steingruppen, die Korrektur der ausgelesenen Werte im digi­ talen Bereich vorzunehmen. Dieser Weg ist in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet, wobei eine digitale Korrekturstufe 46 unmittel­ bar dem Speicherausgang 37 nachgeschaltet ist. Auch diese digi­ tale Korrekturstufe 46 erhält ihre Korrektursignale von den beiden Gebern 23 und 33 für einen λ-Wert sowie für einen Tem­ peraturwert. Bei diesem Verarbeitungsfall für die Korrektur­ werte empfiehlt sich auch eine unmittelbare Rückführung der korrigierten Werte zum Speicher 30 über eine gestrichelte ge­ zeichnete mehrpolige Leitung 47.

Fig. 5 zeigt das Beispiel einer Korrekturstufe, bei dem der Gesamtwert λ₀ + Δλ multiplikativ korrigiert wird im Sinne eines bestimmten λ-Wertes. Bei dieser Schaltungsanordnung nach Fig. 5 wird das Signal eines λ-Wertgebers 23 einem Schwellwertschalter 50 zugeführt, dessen Ausgangssignal die Integrationsrichtung eines Integrators 51 bestimmt. Dieser Integrator 51 arbeitet mit einer Integratorzeitkonstante ab­ hängig von einer Zählfrequenz fo. Entsprechend dem Integrator­ wert wird nun in einer Multiplizierstufe 52 der momentane Wert λ₀ + Δλ multiplikativ korrigiert und das korrigierte Signal in einem nachfolgenden Digital-Analog-Wandler 53 in einen analogen Ansteuerwert für das Stellwerk 20 umgesetzt. Der zu multiplizierende Wert λ₀ + Δλ entspricht den aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Werten, die in Speichern abruf­ bar bereitgehalten werden. Von der Wertekombination λ₀ + Δλ werden zweckmäßigerweise die Werte für g₀ in einem NUR- Lese-Speicher abgelegt und die Werte für Δλ in einem, Schreib-Lese-Speicher.

Fig. 6 veranschaulicht das Arbeitsprinzip der Schaltungsanord­ nung von Fig. 5. Dargestellt sind eine Kurve für die λ₀ Werte sowie eine Kurve für die λ₀ + Δλ-Werte. Die Ausgangswerte der Multiplizierstufe 52 sind mit h 1 und h 2 be­ zeichnet.

Bei dieser Art einer multiplikativen Korrektur wird entspre­ chend der Häufigkeit des Vorzeichens der Regelabweichung (ge­ bildet aus einem g-Wert) das gesamte Kennfeld multiplikativ angehoben bzw. abgesenkt. Dieser zusätzliche Korrekturfaktor wird mit einer verhältnismäßig großen Zeitkonstanten abgebaut, damit im stationären Fall die Korrektur der Grundanpassung (λ₀) vollständig durch den Kennfeldspeicher erfolgt. Eine ähnliche Funktion der Trenderkennung und -berücksichti­ gung bezüglich der Regelabweichung kann z. B. analog mit Hilfe eines Tiefpasses erreicht werden.

Eine besonders zweckmäßige Realisierung der obengenannten Einrichtung ergibt sich mit Hilfe eines Mikroprozessors, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. Die einzelnen Bausteine oder Bausteingruppen sind handelsüblich und von einem Fachmann des Computersektors zusammenbaubar sowie programmierbar.

Bei Verwendung eines einfachen Vergasers zur groben Vorsteue­ rung der Gemischzusammensetzung ist das Kennfeld in einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) wie bereits oben beschrieben ab­ gelegt. Der jeweils entsprechend den Eingangsdaten angewählte Wert wird zur Ansteuerung des Stellgliedes benutzt. Dabei werden Adresse und Datenwort kurzzeitig zwischengespeichert. Durch den Regler (z. B. λ = 1-Regler) wird angezeigt, ob die­ ses Datenwort korrigiert werden muß. Das korrigierte Wort wird dann unter der alten Adresse wieder abgelegt. Die Steuerung des gesamten Vorganges erfolgt durch ein Programm, das in einem Festwertspeicher (ROM) abgespeichert ist. Bei Verwendung einer elektronischen Benzineinspritzung kann zu­ sätzlich in einem Festwertspeicher auch das Kennfeld für eine grobe Vorsteuerung der Einspritzzeit abgespeichert sein.

Zusammenfassend können folgende Vorteile des genannten Ver­ fahrens sowie der Einrichtung genannt werden:

• a) Die Kennfeld-Grundanpassung wird wesentlich vereinfacht, da sich über den Regelvorgang ja ein optimaler Wert einstellt,
• b) es wird eine größere Genauigkeit als üblich - insbesondere im instationären Betrieb - erreicht, was besonders im Hin­ blick auf Abgasemission und Kraftstoffverbrauch wesentlich ist,
• c) es findet ein automatischer Ausgleich von Fertigungsstreu­ ungen statt, da sich der Regelvorgang am optimalen Betriebs­ verhalten der Brennkraftmaschine orientiert, und
• d) das System ist universell anwendbar ohne Änderung des elek­ tronischen Teils. Gedacht wird an die Verwendung z. B. für die Abgasrückführung sowie auch für eine Zündwinkelsteuerung.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen einer Einstellgröße bei einer Brennkraft­ maschine, abhängig von Betriebskenngrößen über Grundwerte, die aus einem Speicher abrufbar und abhängig von jeweils herrschenden Be­ triebskenngrößen korrigierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Mikroprozessor-Steuerung die Grundwerte zum jeweiligen Betriebsbeginn aus einem Nur-Lese-Speicher (45) in einen Schrei-Lese-Speicher (30) übertragen und dort be­ triebskenngrößenabhängig ausgelesen werden, die Grundwerte anschlie­ ßend einer Korrektur auf die jeweils optimalen Betriebsverhältnisse unterzogen werden (Korrekturstufen 46, 39) und die korrigierten Wer­ te als neue Grundwerte in den Schreib-Lese-Speicher eingeschrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpas­ sung der im Schreib-Lese-Speicher (30) enthaltenen Werte fortlaufend oder zu wählbaren Zeiten oder wählbaren Betriebszuständen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellgröße ein Kraftstoffzumeßsignal erzeugt wird, wobei die Kraftstoffzumessung abhängig von wenigstens der Drehzahl und dem Drosselklappenöffnungswinkel bestimmt wird und die davon abhängigen und aus dem Schreib-Lese-Speicher (30) ausgelesenen Werte wenigstens lambda- und/oder temperaturabhängig korrigiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Korrektur multiplikativ erfolgt.

5. Einrichtung zum Bestimmen einer Einstellgröße bei Brennkraft­ maschinen abhängig von Betriebskenngrößen insb. bei Vergaseranlagen, zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Sensoren für diese Betriebskenngrößen, einem Schreib-Lese-Speicher (30) für ein Kenn­ feld, aus dem Werte abhängig von Betriebskenngrößen auslesbar und in das korrigierte Werte wieder einlesbar sind sowie mit einem von der Einstellgröße beaufschlagten Stellwert, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schreib-Lese-Speicher (30) ein Nur-Lese-Speicher (45) zugeordnet ist, aus dem zum jeweiligen Betriebsbeginn der Brennkraftmaschine Daten in den Lese-Schreib-Speicher (30) übertragbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lese-, Korrektur- und Schreibvorgang mittels Mikroprozessor (Fig. 7) steuerbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung beim Bestimmen von Kraftstoffzumeß-, Abgasrückfüh­ rungs- und Zündsignalen.