DE3828265C2

DE3828265C2 - Vorrichtung zum Überwachen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung

Info

Publication number: DE3828265C2
Application number: DE3828265A
Authority: DE
Inventors: Toshihisa Takahashi; Masanobu Uchinami; Shinichi Nishida; Hitoshi Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1988-08-19
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2008-08-20
Also published as: DE3828265A1; US4982714A; JPS6432442U; JPH0727390Y2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkraft maschine mit innerer Verbrennung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE 36 34 014 A1).

Es ist erforderlich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas einer Brennkraftmaschine (nachstehend einfach als Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet) möglichst in der Nähe eines theoretischen Wertes zu halten, insbesondere in einer Brennkraftmaschine mit einem 3-Wege-Katalysator zur Abgasreinigung. Zu diesem Zweck wurde in der Praxis eine Vorrichtung zum Überwachen des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses verwendet, die die folgenden Elemente aufweist: Einen Sauerstoffkonzentrationssensor zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, Steuermittel für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritz einrichtung zum Steuern des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses eines der Brennkammer der Brennkraft maschine zuzuführenden Gasgemisches, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge gesteuert wird, und eine elektronische Regeleinrichtung zur Regelung der mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge derart, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einem theoretischen, aufgrund der Sauerstoffkonzentration berechneten Wert nahekommt.

In dieser herkömmlichen Vorrichtung zum Überwachen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist die Regelung derart ausgelegt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem theoretischen Wert nahekommt, wodurch die Abgas reinigung mittels des 3-Wege-Katalysators in der Auspuffanlage erheblich verbessert werden kann. Wenngleich damit die Abgasreinigung verbessert werden kann, ist es schwierig, ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch dann zu halten, wenn die Brennkraftmaschine im zulässigen Bereich mit magerem Luft/Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird und dabei nicht genügend Leistung bringt. Ferner kann keine Regelung erfolgen, wenn bei Vollgas ein hohes Drehmoment mittels eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angestrebt wird. Demzufolge kann das im fetten Bereich zeitlich und mit den Toleranzen der Abmessungen von Maschinen teilen variierende Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht präzise geregelt werden.

Die beschriebenen Schwierigkeiten treten besonders bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit einem Lader auf. Wenn ein vorbestimmtes Luft/Kraft stoff-Verhältnis im fetten Bereich noch fetter gemacht wird, wird es entflammbar und zündet. Wenn hingegen das vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager gemacht wird, steigt die Temperatur der Abgase, wodurch Teile der Brennkraftmaschine beschädigt werden.

Um die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, zusätzlich zur Überwachung des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Brennkraft maschine mittels einer Regelung auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, wobei ein Sensor verwendet wird, der fortwährend auf der Grundlage bestimmter in den Abgasen enthaltener Komponenten das Luft/Kraft stoff-Verhältnis in einem Bereich mißt, der magere und fette Verhältnisse abdeckt (nachstehend ist dieser Sensor als Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bezeichnet).

Bei der Überwachung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mittels der herkömmlichen Vorrichtungen werden die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis betreffenden Daten ausschließlich aus dem Ausgangssignal des Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Sensors ermittelt. Zum Erreichen eines angestrebten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird die Kraftstoffversorgung auf der Basis des für die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten ermittelten Wertes gesteuert. Beim Betrieb der Maschine treten entsprechend dem Zustand der den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensor umgebenden Abgase (Druck, Temperatur usw.) Fehler in dem Ausgangssignal des Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Sensors auf. Solche Fehler beein flussen die Genauigkeit der berechneten Daten für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Daher kann keine exakte Überwachung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über den gesamten Betriebsbereich der Maschine erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung anzugeben, die auch dann, wenn sich der Zustand der Abgase während des Betriebs der Maschine ändert, immer die korrekten Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Daten liefert, wodurch eine genaue Über wachung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über den gesamten Betriebsbereich der Maschine erreicht werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient eine Vor richtung zum Überwachen des Luft/Kraftstoff-Verhält nisses mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeich nungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung für ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines elektronischen Überwachungsabschnitts für die erfindungs gemäße Vorrichtung in der Brennkraftmaschine nach Fig. 1;

Fig. 3, 4 Flußdiagramme einer Ausführung eines Verfahrens zum Überwachen des Luft/Kraft stoff-Verhältnisses mittels des elektro nischen Überwachungsabschnitts nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Matrix mit Wertepaaren der Beziehung zwischen der Drehzahl einer Maschine und dem Unterdruck in dem Luftansaugstutzen, die für die Ermittlung eines von dem Betriebszustand der Maschine abhängigen Korrekturkoeffizienten verwendet wird; und

Fig. 6 ein Diagramm der Beziehung zwischen den Ausgangssignalen eines Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Sensors und den Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Daten, die zum Ermitteln der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten verwendet wird.

In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach Fig. 1 wird durch ein Luftfilter 1 angesaugte Luft über einen Luftansaugkanal 12 mit einer Drossel klappe 3, einen Ausgleichsraum 4, einen Luftansaug stutzen 5 und ein Einlaßventil 6 einer Brennkammer 8 in einem Maschinenrumpf 7 zugeführt.

In dem Luftansaugkanal 12 befindet sich ein Unter drucksensor 48, der an einen elektronischen Über wachungsabschnitt 40 angeschlossen ist.

Die Drosselklappe 3 ist in Verbindung mit einem Fahrpedal 13 im Fahrerraum betreibbar. Die Brennkammer 8 ist durch einen Zylinderkopf 9, einen Zylinderblock 10 und einen Kolben 11 begrenzt. Die durch Zünden eines Gasgemisches entstehenden Abgase werden durch ein Abgasventil 15, einen Abgasstutzen 16, einen Abgaskrümmer 17 und ein Auspuffrohr 18 an die Atmos phäre abgegeben.

Ein Bypass-Kanal 21 verbindet die stromaufwärts der Drosselklappe 3 gelegene Seite mit dem Ausgleichs raum 4. Ein Bypass-Strömungsüberwachungsventil 22 regelt eine Querschnittsfläche in dem Bypass-Kanal 21 derart, daß eine konstante Maschinendrehzahl im Leerlauf gehalten wird.

Ein Temperatursensor 28 für die angesaugte Luft ist in dem Luftansaugkanal 12 vorgesehen, um die Temperatur der angesaugten Luft zu erfassen. Ein Positionssensor 29 für die Drosselklappe erfaßt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 3.

An dem Zylinderblock 10 ist ein Wassertemperatursensor 30 angebracht, um die Temperatur des Kühlwassers zu erfassen. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31 ist an dem Sammelabschnitt des Abgaskrümmers 17 angebracht, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an dem Sammelabschnitt zu erfassen. Er ist über einen Schalter 79 mit einer Batterie E verbunden. Das Öffnen und Schließen des Schalters 79 wird von dem elektronischen Überwachungsabschnitt gesteuert. Ein Kurbelwinkelsensor und ein Drehzahlsensor 32 erfassen den Kurbelwinkel einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Maschinenrumpfes 7 bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle auf der Basis der Drehzahl einer Welle 34 eines Verteilers 33, die mit der Kurbelwelle verbunden ist.

Ein Getriebestellungssensor 35 an einem Wechsel getriebe 36 erfaßt die Übertragungsstellung, bei spielsweise die Neutralstellung oder eine Fahrstellung.

Die Ausgangssignale der verschiedenen Erfassungsmittel, wie Temperatursensor 28 für die angesaugte Luft, Positionssensor 29 für die Drosselklappe, Wasser temperatursensor 30, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 31, Kurbelwinkelsensor, Drehzahlsensor 32 und Sensor 35 für die Getriebestellung, und ein Spannungssignal von einer Batterie 37 werden dem elektronischen Überwachungsabschnitt 40 zugeführt.

Kraftstoffeinspritzventile 41, welche gemeinsam die Kraftstoffversorgung sicherstellen, sind jeweils nahe den Ansaugstutzen 5 eines jeden Zylinders vorgesehen. Eine Pumpe 42 versorgt die Kraftstoff einspritzventile 41 über eine Kraftstoffleitung 44 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 43.

Der elektronische Überwachungsabschnitt 40 empfängt Eingangssignale als Parameter von den verschiedenen Sensoren. Er berechnet eine von den einzelnen Kraft stoffeinspritzventilen 41 einzuspritzende Kraftstoff menge und gibt Pulssignale mit einer Pulsbreite ab, welche der berechneten von den Kraftstoffeinspritz ventilen 41 einzuspritzenden Kraftstoffmenge ent spricht. Die Kraftstoffeinspritzventile 41 werden entsprechend der Pulsbreite zum Einspritzen von Kraftstoff geöffnet.

Der elektronische Überwachungsabschnitt 40 überwacht das Bypass-Strömungsüberwachungsventil und Zündspulen 46. Die Sekundärseiten der Zündspulen 46 sind mit dem Verteiler 33 verbunden.

Fig. 1 zeigt ein D-J-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit elektronisch über wachter Kraftstoffeinspritzung, bei dem eine grund legende Einspritzpulszeit auf der Grundlage der Ausgangssignale wenigstens des Unterdrucksensors 48 oder des Drehzahlsensors 32 ermittelt wird, wobei die grundlegende Einspritzpulszeit mittels eines Signals von dem Temperatursensor 28 für die angesaugte Luft, mittels Ausgleichsvorgängen und mittels eines Rückkopplungssignals von dem Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Sensor korrigiert wird, wodurch eine Kraftstoffeinspritzmenge für die Kraftstoffein spritzventile 41 festgelegt ist.

Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des elektronischen Überwachungsabschnitts 40. Der elektronische Überwachungsabschnitt 40 wird von einem Mikroprozessor gebildet, der folgendes umfaßt: Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 56 für die Berechnung und die Überwachung, einen Lesespeicher (ROM) 57, in dem ein Programm für eine Korrektur routine (nachstehend beschrieben), ein Programm für eine Überwachungsroutine für die Bypass-Strömung und andere Programme gespeichert sind, einen ersten Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 58 zum zeit weiligen Ablegen von Daten und einen zweiten RAM 59, der als Festspeicher auch bei stillstehender Maschine Energie aus einer Hilfsenergiequelle bezieht und für den Betrieb des elektronischen Überwachungs abschnitts wichtige Daten speichert, einen Analog/ Digital-Wandler (A/D) 60, eine Eingabe/ Ausgabe- Einrichtung (I/O) 61 und eine Datenleitung 62, welche diese Elemente miteinander verbindet.

Die Ausgangssignale des Positionssensors 29 für die Drosselklappe, des Temperatursensors 28 für die angesaugte Luft, des Wassertemperatursensors 30, des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 31, der Batterie 37 und des Unterdrucksensors 48 werden dem A/D-Wandler 60 zugeführt.

Die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors und des Drehzahlsensors 32 werden der I/O-Einrichtung 61 zugeführt. Das Bypass-Strömungsüberwachungsventil 22, die Kraftstoffeinspritzventile 41 und die Zünd spulen 46 empfangen über die I/O-Einrichtung 61 Signale von der CPU 56.

Im folgenden ist an einem Beispiel erläutert, wie ein Ausgangswert des Sensors für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten, die mittels des genannten Ausgangswerts erhalten worden sind, korrigiert werden und die Kraftstoff versorgung so gesteuert wird, daß ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der korrigierten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten erreich bar ist. Ein Programm für den beschriebenen Prozeß ist in dem ROM 57 abgelegt.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des genannten Prozesses. Der elektronische Überwachungsabschnitt 40 liest die Maschinendrehzahl (Schritt 101), Lastparameter der Maschine, wie Unterdruck im Luftansaugstutzen (Schritt 102) und das Ausgangssignal des Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Sensors 31 (Schritt 103).

Dann werden die Betriebsbedingungen auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und der Lastparameter der Maschine korrigiert, wonach Luft/Kraftstoff-Verhält nis-Daten berechnet werden (Schritt 104). Fig. 4 zeigt detailliert die Berechnung der genannten Parameter.

In Schritt 201 wird ein Korrekturkoeffizient eines Betriebszustands auf der Grundlage der Maschinendreh zahl und der Lastparameter ermittelt. Beim Ermitteln des Korrekturkoeffizienten kann eine Matrix mit Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit jeweils von der Maschinendrehzahl und dem Unterdruck im Luftansaugstutzen nach Fig. 5 verwendet werden. Aus der Matrix kann ein Korrekturkoeffizient ent sprechend der Drehzahl und dem Unterdruck zu einer bestimmten Zeit abgerufen werden.

In Schritt 202 wird der Ausgangswert des Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Sensors mittels des ermittelten Korrekturkoeffizienten korrigiert. In Schritt 203 werden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten auf der Grundlage des korrigierten Ausgangswertes des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ermittelt. Bei der Ermittlung kann ein Diagramm nach Fig. 6 verwendet werden, aus der Informationen über das Luft/Kraftstoff- Verhältnis jeweils zu einem Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors abrufbar sind.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich wieder auf das Flußdiagramm nach Fig. 3. Durch Vergleichen eines angestrebten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das entsprechend dem in Schritt 104 Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Daten gewonnen wird, mit dem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird ein Fehler ermittelt. Dann wird ein Korrekturkoeffizient zur Reduzierung dieses Fehlers berechnet (Schritt 105).

In Schritt 106 wird eine grundlegende Pulsbreite eines Signals für die Kraftstoffversorgung auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und der Last in den Luftansaugstutzen berechnet. Die grundlegende Pulsbreite wird durch den Korrekturkoeffizienten, der durch Berechnen des Fehlers zwischen dem ange strebten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsäch lichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, einen grundlegenden Kraftstoffkorrekturkoeffizient, der mittels eines Ausgangssignals von dem Temperatursensor 28 für die angesaugte Luft u.a. (Schritt 107) korrigiert.

Dann werden die Kraftstoffeinspritzventile 41 ent sprechend der korrigierten Pulsbreite geöffnet, wodurch der Maschine eine vorbestimmte Menge Kraft stoffs zugeführt wird (Schritt 108).

Wie in Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert, wird ein Ausgangswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Sensors korrigiert. Das gleiche Ergebnis kann jedoch erzielt werden, indem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten, die unter Verwendung des Ausgangssignals des Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sensors gewonnen werden, korrigiert werden.

Ferner sind die gleichen Ergebnisse erzielbar, indem anstatt des Unterdrucks in dem Ansaugstutzen ein Signal von dem Positionssensor für die Drossel klappe als Lastparameter der Maschine verwendet wird. Ferner kann auch die angesaugte Luft per Umdrehungseinheit (Q/N) in dem sogenannten L-J-Kraft stoffeinspritzsystem verwendet werden, wobei die Menge der direkt angesaugten Luft anstelle des Unterdrucks in dem Luftansaugstutzen gemessen wird.

Somit können mit Hilfe der Erfindung korrekte Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Daten auch dann erhalten werden, wenn sich der Zustand der Abgase in Abhängig keit von dem Betriebszustand der Maschine ändert, und eine sehr genaue Überwachung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses wird erreicht.

Claims

1. Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (31) zum Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage von im Abgas enthaltener Komponenten, Sensoren zum Erfassen eines Lastparameters und der Drehzahl der Maschine, und einer elektronischen Regeleinrichtung (40), welche die Menge des von einer Kraftstoffversorgung einzuspritzenden Kraftstoffs aus einem Ist-Wert so bestimmt, daß ein der Brennkraftmaschine zuzuführendes Gasgemisch ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert aus dem Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors unter Berücksichtigung eines Korrekturkoeffizienten gebildet wird, und daß der Korrekturkoeffizient für den jeweiligen Lastparameter und die jeweilige Drehzahl der Maschine ermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastparameter der Maschine der Unterdruck im Luftansaugkanal (12) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkoeffizient unter Verwendung einer gespeicherten Matrix mit dem Lastparameter und der Maschinendrehzahl als Variablen ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors durch den Korrekturkoeffizienten korrigiert wird und auf der Grundlage dieses korrigierten Ausgangssignals Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten ermittelt werden, welche als Ist-Wert verwendet werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Daten ermittelt werden, diese Daten durch den Korrekturkoeffizienten korrigiert werden und die korrigierten Daten als Ist-Wert verwendet werden.