EP0359791B1 - Process and system for adjusting the lambda value - Google Patents
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- EP0359791B1 EP0359791B1 EP19890902627 EP89902627A EP0359791B1 EP 0359791 B1 EP0359791 B1 EP 0359791B1 EP 19890902627 EP19890902627 EP 19890902627 EP 89902627 A EP89902627 A EP 89902627A EP 0359791 B1 EP0359791 B1 EP 0359791B1
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- pedal position
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
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- F02D41/1486—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor with correction for particular operating conditions
Definitions
- the invention relates to a method and a system for setting the lambda value of the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine during the transition from the lower load range to the upper load range.
- the system has an adjusting means which, depending on the respective value of an accelerator pedal position signal fed to it, outputs an adjusting signal to a throttle valve actuator in order to adjust the amount of air to be supplied to the internal combustion engine in such a way that below a position threshold of the accelerator pedal position signal, the limit between marked lower and upper load range, a lean air / fuel mixture is obtained.
- the system works in such a way that the throttle valve is fully opened shortly before the threshold value is reached. Once agreement between the threshold value and the value of the accelerator pedal position signal has been reached, the throttle valve is reset by a predetermined value which depends on the speed and the accelerator pedal position can. The resetting takes place to such an extent that a rich mixture is obtained in the upper load range, even if the throttle valve is opened again when the value of the accelerator pedal position signal increases further than the position threshold.
- the invention is based on the object of specifying a method and a system for setting the lambda value of the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine during the transition from the lower load range to the upper load range and vice versa, which method or which system lead to low pollutant emissions.
- the method and the setting system according to the invention differ, inter alia, from the prior art in that for values of the accelerator pedal position signal above the position threshold value, at least during stationary operation, adjustment signals are output in such a size that an essentially stoichiometric mixture is obtained. Lambda values greater than 1 are thus obtained in the lower load range, ie below the position threshold value of the accelerator pedal position signal, while the value Lambda is set to 1 in the upper load range. In an internal combustion engine that is equipped with a catalytic converter, low pollutant values are thus achieved even in the upper load range.
- the adjustment means has a transition means which, when changing from an adjustment signal for lean operation to one for stoichiometric operation or vice versa, brings about a gradual transition within a predetermined period of time. This eliminates torque jumps that could occur if a sudden change from lean operation to stoichiometric operation were carried out.
- the functional sequence of an adjustment system shown in FIG. 1 is used on an internal combustion engine 10, which has a throttle valve 12 and an injection valve 13 that can be adjusted by a throttle valve actuator 11 in an intake port.
- a lambda probe 14 in the exhaust pipe arranged.
- the adjustment system includes a control means 15, a lambda setpoint ROM 16, a pilot control ROM 17, a subtraction means 18, a multiplication means 19 and, as a function means that is particularly important for the invention, an adjustment means 20.
- the latter has an adjustment signal ROM 21, a comparator means 22 and a transition means 23.
- the comparator 22 actuates two switches, namely an adjustment signal switch 24 and a setpoint switch 25. These switches are also usually implemented by parts of a program.
- the throttle valve 12 is adjusted directly by the accelerator pedal and the setpoint switch 25 is switched to the lower position in which it gives a setpoint for regulation to lambda equal to 1 on the subtraction means 18, to which the voltage from the lambda Probe 14 is supplied as a setpoint.
- the control means 15 then outputs a control factor to the multiplication means 19, which is multiplied there by a pilot control value for the injection time, as a result of which the injection time actually required is obtained, which is fed to the injection valve 13.
- the pilot control value is read out from the pilot control value ROM 17 depending on the position of the throttle valve and the speed n.
- the setpoint switch 25 is switched upwards, so that a setpoint from the Lambda setpoint ROM 16 is supplied to it depending on the throttle valve position and the speed , finds regulation on the read setpoint instead of.
- the setpoint value read out leads to a lambda value greater than 1, that is to say to lean regulation.
- the throttle valve is not directly adjustable by the accelerator pedal, contrary to the assumption mentioned above, but the accelerator pedal position signal FPS is fed to the adjusting means 20, which processes this signal and then an adjusting signal to the throttle valve Actuator 11 outputs.
- the operation of the adjusting means 20 will now be explained in more detail with reference to FIG. 2.
- the horizontal line which indicates that the lambda value remains constant at 1 over the entire range of the accelerator pedal position FPS from 0% to 100%, is between 0% and a position threshold value FPSU 70%, i. H. in the lower load range, dash-dotted as SL 'and then drawn as SL in the upper load range.
- the throttle valve angle ⁇ recorded over the accelerator pedal position FPS must have a profile as given by the lower curve in FIG. 2b. This curve for stoichiometric operation is shown in dash-dot lines in the lower load area and designated with SA ', while the part lying in the upper load area is drawn solid and designated with SA.
- the method or setting system according to the invention does not serve to carry out a stoichiometric setting in the entire range, but rather serves to ensure lean operation in the lower load range and stoichiometric operation in the upper load range.
- the curves corresponding to the curves for stoichiometric operation described above for lean operation lie for the lambda value as partial branches ML or ML 'and the throttle valve angle as partial branches MA or MA' in FIGS. 2a and 2b, respectively, above.
- the throttle valve already reaches the full opening angle of 90 ° at the FPSU position threshold of 70%.
- the lambda value achieved in this way is indicated by 1.4 in FIG. 2a.
- the point in time t B at which the acceleration process begins coincides with the beginning of a computing cycle.
- This cycle has the number "1" in FIGS. 2 and 3.
- the accelerator pedal position signal FPS is still in the lower load range, as a result of which the values marked "2" in FIGS. 2a and 2b are set on the respective lean-back rest ML for the lambda value and MA the throttle valve angle.
- the accelerator pedal position signal at a time t B1 has reached the final value of 80%, which is in the upper load range. In the upper load range, stoichiometric operation should be carried out.
- Stoichiometric operation in the upper load range with an accelerator pedal position signal FPS of 80% corresponds to the values shown in FIGS. 2a and 2b with O SL and O SA on the full loads SL and SA for lambda and the throttle valve angle.
- This jump to the values for stoichiometric operation can actually be carried out with suitable internal combustion engines which have hardly any torque jump.
- the method is advantageously carried out as follows.
- the microprocessor therefore checks for four cycles from time t B1 , namely for cycles "3", “4", "5" and "6", whether the fluctuation ⁇ FPS of the accelerator pedal position signal FPS over the four cycles is a predetermined fluctuation range ⁇ FPSU falls below. If this is ascertained, as in the present example, the comparator means 22, ie in the usual case a comparative program step, outputs a switching signal to the adjustment signal switch 24 and the setpoint switch 25 for switching from lean operation to stoichiometric operation. The throttle valve angle ⁇ M for lean operation is then no longer read out from the adjustment signal ROM 21, but throttle valve angle ⁇ S for stoichiometric operation depending on the accelerator pedal position FPS and the speed n.
- the lambda setpoint ROM 16 no longer reads setpoints for lean control as a function of the throttle valve angle ⁇ M for lean operation and the rotational speed, but instead a fixed setpoint is obtained for achieving lambda equal to 1 and the control means 15 also controls Using this fixed setpoint.
- the transition means 23 is present in the embodiment of FIG. 1 as a further advantageous embodiment of the function links in an adjustment system.
- This program stage leads to the fact that when the comparator 22 finally switches over from lean operation to stoichiometric operation at a time t B2 the jump from the throttle valve angle marked with O ML on the dash-dotted lean rest ML ′ to the throttle valve angle marked with O SL for the same accelerator pedal position signal FPS on the stoichiometric branch SL is not carried out with one step, i.e. from one computing cycle to the other.
- the procedure is such that a jump from a throttle valve angle of 90 ° to one of approximately 60 °, as in the exemplary embodiment, is divided into four partial jumps in the computing cycles "7" - "10", e.g. B. in jumps to 75, 65, 62 and finally 60 °.
- values U SL and U SA for the accelerator pedal position FPS are shown on the stoichiometric branches shown in dash-dot lines in the lower load range , which also includes the values U ML and U MA . It is assumed that the accelerator pedal is suddenly withdrawn from the position assumed in the acceleration process in the upper load range at a later time t V (FIG. 3) to decelerate again to the original value in the lower load range. The function of the setting system described above is then repeated in a corresponding manner.
- the jump with the switchover is not carried out in one step, but within four steps until time t V3 the transition from the throttle valve angle ⁇ S read out for the stoichiometric branch SA 'to that for the same value of the accelerator pedal position signal FPS applicable throttle valve angle ⁇ M for lean operation on the branch MA.
- the values for the throttle valve angle can also be calculated from the respective value of the accelerator pedal position instead of from a table stored in an adjustment signal memory.
- the speed can accordingly be taken into account in such a calculation.
- the position threshold value FPSU can e.g. B. at about 1200 rpm at about 27 °, at 2000 rpm at about 40 °, at 3000 rpm at about 60 ° and at 4000 rpm at about 70 °.
- control means 15 is present in the configuration system according to the invention. However, an adjusting means with the properties described above can also be used on an uncontrolled, but only controlled, internal combustion engine.
- accelerator pedal is generally understood to mean a device for setting the torque desired by an operator. In a motor vehicle for the disabled, this can e.g. B. a lever to be adjusted by hand.
- throttle valve is generally used as an adjusting element for the intake air quantity understand is. In this sense, the throttle valve can be an auxiliary flap that is adjusted with a secondary intake channel independently of the actual throttle valve that is directly coupled to the accelerator pedal.
- the respective duration of four computing cycles corresponding to four engine cycles was specified as the time periods for determining whether stationary operation is present and for making the transition from lean to stoichiometric operation or vice versa.
- these time periods can be selected differently and each between 0 and a larger number of cycles, if the operation is carried out with the aid of a microcomputer, depending, for. B. from the desired smooth running behavior of a given internal combustion engine.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Einstellen des Lambda-Wertes des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-/Kraftstoffgemisches beim Übergang vom unteren Lastbereich in den oberen Lastbereich.The invention relates to a method and a system for setting the lambda value of the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine during the transition from the lower load range to the upper load range.
Aus DE-A-33 41 720 sind ein solches Verfahren und ein solches Einstellsystem bekannt. Das System weist ein Verstellmittel auf, das abhängig vom jeweiligen Wert eines ihm zugeführten Fahrpedal-Stellungssignales ein Verstellsignal an ein Drosselklappen-Stellglied ausgibt zum Einstellen der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luftmenge so, daß unterhalb einem Stellungs-Schwellwert des Fahrpedal-Stellungssignales, der die Grenze zwischen unterem und oberem Lastbereich markiert, ein mageres Luft-/Kraftstoffgemisch erhalten wird. Das System arbeitet so, daß kurz vor Erreichen des Schwellwertes die Drosselklappe ganz geöffnet wird. Ist schließlich Übereinstimmung zwischen Schwellwert und dem Wert des Fahrpedal-Stellungssignales erreicht, wird die Drosselklappe um einen vorgegebenen Wert zurückgestellt, der von der Drehzahl und der Fahrpedalstellung abhängen kann. Das Zurückstellen erfolgt in solchem Ausmaß, daß im oberen Lastbereich ein fettes Gemisch erhalten wird, und zwar auch dann, wenn bei weiterer Erhöhung des Wertes des Fahrpedal-Stellungssignales über den Stellungsschwellwert hinaus die Drosselklappe wieder weiter geöffnet wird.Such a method and such an adjustment system are known from DE-A-33 41 720. The system has an adjusting means which, depending on the respective value of an accelerator pedal position signal fed to it, outputs an adjusting signal to a throttle valve actuator in order to adjust the amount of air to be supplied to the internal combustion engine in such a way that below a position threshold of the accelerator pedal position signal, the limit between marked lower and upper load range, a lean air / fuel mixture is obtained. The system works in such a way that the throttle valve is fully opened shortly before the threshold value is reached. Once agreement between the threshold value and the value of the accelerator pedal position signal has been reached, the throttle valve is reset by a predetermined value which depends on the speed and the accelerator pedal position can. The resetting takes place to such an extent that a rich mixture is obtained in the upper load range, even if the throttle valve is opened again when the value of the accelerator pedal position signal increases further than the position threshold.
Der Betrieb bei einem Lambda-Wert kleiner 1 im oberen lastbereich hat erhöhte Schadstoffemission zur Folge.
Nach der JP-A-61 123 735 sind für kleine Drosselklappenwinkel λ<1 und für größer λ=1 an zusteuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Einstellen des Lambda-Wertes des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft-/Kraftstoffgemisches beim Übergang vom unteren Lastbereich in den oberen Lastbereich und umgekehrt anzugeben, welches Verfahren bzw. welches System zu geringer Schadstoffemission führen.Operation with a lambda value of less than 1 in the upper load range results in increased pollutant emissions.
According to JP-A-61 123 735, λ <1 should be controlled for small throttle valve angles and λ = 1 for larger ones.
The invention is based on the object of specifying a method and a system for setting the lambda value of the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine during the transition from the lower load range to the upper load range and vice versa, which method or which system lead to low pollutant emissions.
Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für das System durch die Merkmale von Anspruch 4 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is given for the method by the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Einstellsystem unterscheiden sich u.a. vom Stand der Technik dadurch, daß für Werte des Fahrpedal-Stellungssignales oberhalb dem Stellungs-Schwellwert zumindest bei stationärem Betrieb Verstellsignale solcher Größe ausgegeben werden, daß ein im wesentlichen stöchiometrisches Gemisch erhalten wird. Im unteren Lastbereich, d. h. unterhalb dem Stellungs-Schwellwert des Fahrpedal-Stellungssignales werden somit Lambda-Werte größer 1 erhalten, während im oberen Lastbereich der Wert Lambda gleich 1 eingestellt wird. An einer Brennkraftmaschine, die mit einem Katalysator ausgerüstet ist, werden dadurch auch im oberen Lastbereich niedrige Schadstoffwerte erzielt.The method and the setting system according to the invention differ, inter alia, from the prior art in that for values of the accelerator pedal position signal above the position threshold value, at least during stationary operation, adjustment signals are output in such a size that an essentially stoichiometric mixture is obtained. Lambda values greater than 1 are thus obtained in the lower load range, ie below the position threshold value of the accelerator pedal position signal, while the value Lambda is set to 1 in the upper load range. In an internal combustion engine that is equipped with a catalytic converter, low pollutant values are thus achieved even in the upper load range.
In den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 4 ist in Bezug auf das Einstellen des Lambda-Wertes von 1 die Einschränkung "zumindest bei stationärem Betrieb" genannt. Der Grund für diese Einschränkung liegt darin, daß es im oberen Lastbereich, genauso wie übrigens auch im unteren Lastbereich möglich ist, daß das Fahrpedal über längere Zeitabschnitte unverändert gehalten wird, während es genausogut möglich ist, daß beschleunigt oder verzögert wird, ohne den Bereich zu verlassen. Ersteres wird stationärer Betrieb, letzteres wird instationärer Betrieb genannt. Als Zeitspannz, innerhalb der keine Veränderung der Fahrpedalstellung erfolgen soll, damit von stationärem Betrieb gesprochen wird, wird in der Regel der Zeitraum angesehen, innerhalb dem mehrere Motorumdrehungen erfolgen. Bei instationärem Betrieb wird wegen üblicherweise geforderten Laufruheeigenschaften zweckmäßigerweise die Einstellung auf Lambda gleich 1 verlassen.In the
Um gute Laufruhe zu erzielen, weist das Verstellmittel gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ein Übergangsmittel auf, das beim Übergang von einem Verstellsignal für den mageren Betrieb auf ein solches für stöchiometrischen Betrieb oder umgekehrt einen allmählichen Übergang innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne bewirkt. Dadurch sind Drehmomentsprünge ausgeschlossen, wie sie auftreten könnten, wenn sprunghaft von magerem Betrieb auf stöchiometrischen Betrieb geschaltet würde.In order to achieve smooth running, according to an advantageous further development, the adjustment means has a transition means which, when changing from an adjustment signal for lean operation to one for stoichiometric operation or vice versa, brings about a gradual transition within a predetermined period of time. This eliminates torque jumps that could occur if a sudden change from lean operation to stoichiometric operation were carried out.
In Anbetracht der heute üblichen Motorelektronik, die vielfach mit Mikrocomputern arbeitet, ist es von Vorteil, alle Funktionsmittel durch die Funktionen eines solchen Mikrocomputers zu realisieren. Dann ist es auch von Vorteil, einen Verstellsignalspeicher zu verwenden, der adressierbar über Werte des Fahrpedal-Stellungssignales für mageren und für stöchiometrischen Betrieb jeweils einen Satz Verstellwerte speichert. Werden jedoch sehr schnell arbeitende Mikrocomputer verwendet, können die Verstellwerte auch über einen mathematischen Zusammenhang aus dem jeweiligen Wert des Fahrpedal-Stellungssignales berechnet werden.In view of the motor electronics that are common today, which often work with microcomputers, it is advantageous to implement all functional means by the functions of such a microcomputer. Then it is also advantageous to use an adjustment signal memory which is addressable via values of the accelerator pedal position signal for lean and for stoichiometric operation Set of calibration values is saved. However, if very fast-working microcomputers are used, the adjustment values can also be calculated from the respective value of the accelerator pedal position signal using a mathematical relationship.
Um besonders niedrige Schadstoffwerte zu erzielen, ist es von Vorteil, insbesondere bei stöchiometrischem Betrieb den Lambda-Wert zu regeln.In order to achieve particularly low pollutant values, it is advantageous to regulate the lambda value, especially during stoichiometric operation.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 ein als Blockschaltbild dargestelltes Funktionsdiagramm eines Einstellsystems;
- Fig. 2a und 2b über die Fahrpedalstellung korrelierte Diagramme betreffend die Abhängigkeit des Lambda-Wertes von der Fahrpedalstellung bzw. des Drosselklappenwinkels von der Fahrpedalstellung; und
- Fig. 3a, b und c zeitkorrelierte Signalverläufe von Fahrpedalstellung, Lambda-Wert und Drosselklappenwinkel für den Übergang vom unteren Lastbereich in den oberen Lastbereich und umgekehrt.
- 1 is a functional diagram of a setting system shown as a block diagram;
- 2a and 2b diagrams correlated via the accelerator pedal position relating to the dependence of the lambda value on the accelerator pedal position or the throttle valve angle on the accelerator pedal position; and
- 3a, b and c time-correlated signal profiles of accelerator pedal position, lambda value and throttle valve angle for the transition from the lower load range to the upper load range and vice versa.
Der in Fig. 1 dargestellte Funktionsablauf eines Einstellsystemes wird an einer Brennkraftmaschine 10 eingezetzt, die in einem Ansaugstutzen eine durch ein Drosselklappen-Stellglied 11 verstellbare Drosselklappe 12 und ein Einspritzventil 13 aufweist. Im Abgasrohr ist eine Lambda-Sonde 14 angeordnet. Zum Einstellsystem gehören ein Regelmittel 15, ein Lambda-Sollwert-ROM 16, ein Vorsteuerwert-ROM 17, ein Subtraktionsmittel 18, ein Multiplikationsmittel 19 und als für die Erfindung besonders wichtiges Funktionsmittel ein Verstellmittel 20. Letzteres weist ein Verstellsignal-ROM 21, ein Komparatormittel 22 und ein Übergangsmittel 23 auf. Das Komparatormittel 22 betätigt zwei Schalter, nämlich einen Verstellsignalschalter 24 und einen Sollwertschalter 25. Auch diese Schalter sind üblicherweise durch Teile eines Programmes realisiert.The functional sequence of an adjustment system shown in FIG. 1 is used on an
Es sei zunächst angenommen, die Drosselklappe 12 werde direkt durch das Fahrpedal verstellt und der Sollwertschalter 25 sei auf die untere Stellung geschaltet, in der er einen Sollwert für Regelung auf Lambda gleich 1 auf das Subtraktionsmittel 18 gibt, dem zugleich die Spannung von der Lambda-Sonde 14 als Sollwert zugeführt wird. Das Regelmittel 15 gibt dann einen Regelfaktor an das Multiplikationsmittel 19 aus, der dort mit einem Vorsteuerwert für die Einspritzzeit multipliziert wird, wodurch die tatsächlich erforderliche Einspritzzeit erhalten wird, die dem Einspritzventil 13 zugeführt wird. Der Vorsteuerwert wird abhängig von der Stellung der Drosselklappe und der Drehzahl n aus dem Vorsteuerwert-ROM 17 ausgelesen. Unter diesen Annahmen liegt ein herkömmliches Einstellsystem vor, das auf Lambda gleich 1 regelt.It is initially assumed that the
Wird nach wie vor angenommen, daß die Stellung der Drosselklappe 12 direkt von der Stellung des Fahrpedales abhängt, ist dagegen der Sollwertschalter 25 nach oben geschaltet, so daß ihm ein Sollwert vom Lambda-Sollwert-ROM 16 abhängig von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl zugeführt wird, findet eine Regelung auf den ausgelesenen Sollwert statt. Der ausgelesene Sollwert führt zu einem Lambda-Wert größer 1, also zu einer Magerregelung.If it is still assumed that the position of the
Beim erfindungsgemäßen Verfahren und System mit den Funktionsverknüpfungen von Fig. 1 ist die Drosselklappe entgegen der oben genannten Annahme nicht direkt durch das Fahrpedal verstellbar, sondern das Fahrpedal-Stellungssignal FPS wird dem Verstellmittel 20 zugeführt, das dieses Signal verarbeitet und dann ein Verstellsignal an das Drosselklappen-Stellglied 11 ausgibt. Die Arbeitsweise des Verstellmittels 20 wird nun anhand von Fig. 2 näher erläutert.1, the throttle valve is not directly adjustable by the accelerator pedal, contrary to the assumption mentioned above, but the accelerator pedal position signal FPS is fed to the adjusting means 20, which processes this signal and then an adjusting signal to the
In Fig. 2a ist die waagrechte Linie, die anzeigt, daß über den gesamten Bereich der Fahrpedalstellung FPS von 0% bis 100 % der Lambda-Wert konstant auf 1 bleibt, zwischen 0 % und einen Stellungs-Schwellwert FPSU 70 %, d. h. im unteren Lastbereich, strichpunktiert als SL′ und danach, also im oberen Lastbereich durchgezogen als SL eingezeichnet. Um bei einer jeweiligen Fahrpedalstellung FPS den Lambda-Wert 1 zu erhalten, muß der Drosselklappenwinkel α aufgezeichnet über der Fahrpedalstellung FPS einen Verlauf aufweisen, wie er durch die untere Kurve in Fig. 2b gegeben ist. Auch diese Kurve für stöchiometrischen Betrieb ist im unteren Lastbereich strichpunktiert eingezeichnet und mit SA′ bezeichnet, während der im oberen Lastbereich liegende Teil durchgezogen gezeichnet und mit SA bezeichnet ist.In Fig. 2a, the horizontal line, which indicates that the lambda value remains constant at 1 over the entire range of the accelerator pedal position FPS from 0% to 100%, is between 0% and a position
Nun ist es jedoch so, daß das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Einstellsystem nicht dazu dient, im gesamten Bereich eine stöchiometrische Einstellung vorzunehmen, sondern es dient dazu, im unteren Lastbereich für mageren Betrieb und im oberen Lastbereich für stöchiometrischen Betrieb zu sorgen. Die zu den vorbeschriebenen Kurven für stöchiometrischen Betrieb entsprechenden Kurven für mageren Betrieb liegen für den Lambda-Wert als Teiläste ML bzw. ML′ und den Drosselklappenwinkel als Teiläste MA bzw. MA′ in den Fig. 2a bzw. 2b jeweils oben. Bei magerem Betrieb erreicht die Drosselklappe bereits beim Stellungs-Schwellwert FPSU von 70 % den vollen Öffnungswinkel von 90°. Der dabei erreichte Lambda-Wert ist in Fig. 2a mit 1,4 angegeben. Wird der Wert des Fahrpedal-Stellungssignales FPS weiter erhöht, führt dies zu erhöhter Kraftstoffzufuhr und damit abfallendem Lambda-Wert, was in Fig. 2a durch die mit ML′ bezeichnete strichpunktierte Gerade dargestellt ist. Die entsprechende strichpunktiertz waagerechte Linie, die in Fig. 2b anzeigt, daß der Drosselklappenwinkel α bei Magerbetrieb unverändert auf 90° bleibt, ist mit MA′ bezeichnet. Diejenigen Kurventeile in Fig. 2a und 2b, die bei Magerbetrieb im Teillastbereich liegen, sind durchgezogen dargestellt und mit ML bzw. MA bezeichnet.However, it is the case that the method or setting system according to the invention does not serve to carry out a stoichiometric setting in the entire range, but rather serves to ensure lean operation in the lower load range and stoichiometric operation in the upper load range. The curves corresponding to the curves for stoichiometric operation described above for lean operation lie for the lambda value as partial branches ML or ML 'and the throttle valve angle as partial branches MA or MA' in FIGS. 2a and 2b, respectively, above. In lean operation, the throttle valve already reaches the full opening angle of 90 ° at the FPSU position threshold of 70%. The lambda value achieved in this way is indicated by 1.4 in FIG. 2a. If the value of the accelerator pedal position signal FPS is further increased, this leads to an increased fuel supply and thus a decreasing lambda value, which is shown in FIG. 2a by the dash-dotted straight line denoted by ML '. The corresponding dash-dotted horizontal line, which in Fig. 2b indicates that the throttle valve angle α remains unchanged at 90 ° during lean operation, is denoted by MA '. Those curve parts in FIGS. 2a and 2b which lie in the partial load range during lean operation are shown in solid lines and are designated by ML and MA, respectively.
Es sei nun angenommen, daß die Brennkraftmaschine 10 zunächst stationär bei einem Fahrpedal-Stellungssignal FPS von 50 % betrieben wird. Dieser Wert liegt im unteren Lastbereich, so daß sowohl für den Lambda-Wert wie auch für den Drosselklappenwinkelung α Werte UML bzw. USL auf den jeweiligen Magerästen ML bzw. MA zugrundegelegt werden. Nun werde plötzlich zu einem Zeitpunkt tB, der auch in Fig. 3 eingezeichnet ist, das Fahrpedal so weit verstellt, daß ein Fahrpedal-Stellungssignal von 80 %, entsprechend einem Wert im oberen Lastbereich, erreicht wird. Es sei angenommen, daß das Verstellen des Fahrpedales in einer Zeitspanne erfolge, die zwei Rechenzyklen des durch einen Mikrocomputer realisierten Einstellsystemes entspricht. Mit jedem Zündvorgang, oder mit einer gewissen Phasenverschiebung gegenüber jedem Zündvorgang, beginnt ein neuer Rechenzyklus, so daß bei einer Drehzahl von 3000 U/min bei einer Brennkraftmaschine mit 4 Zylindern die zwischen zwei Zyklusbeginnen liegende Zeit etwa 30 ms beträgt.It is now assumed that the
Es sei weiter angenommen, daß der Zeitpunkt tB, zu dem der Beschleunigungsvorgang einsetzt, gerade mit dem Beginn eines Rechenzyklus zusammenfalle. Dieser Zyklus trägt in den Fig. 2 und 3 die Nummer "1". Mit Beginn des zweiten Rechenzyklus liegt das Fahrpedal-Stellungssignal FPS noch im unteren Lastbereich, wodurch die in den Fig. 2a und 2b mit "2" gekennzeichneten Werte auf dem jeweiligen Magerast ML für den Lambda-Wert bzw. MA den Drosselklappenwinkel eingestellt werden. Mit Beginn des dritten Zyklus, also nach zwei abgeschlossenen Zyklen, wie vorausgesetzt, hat das Fahrpedal-Stellungssignal zu einem Zeitpunkt tB1 den Endwert von 80 % erreicht, der im oberen Lastbereich liegt. Im oberen Lastbereich soll voraussetzungsgemäß stöchiometrischer Betrieb durchgeführt werden. Stöchiometrischem Betrieb im oberen Lastbereich bei einem Fahrpedal-Stellungssignal FPS von 80 % entsprechen die in Fig. 2a und 2b mit OSL bzw. OSA eingezeichneten Werte auf den Vollastästen SL und SA für Lambda bzw. den Drosselklappenwinkel. Dieser Sprung auf die Werte für stöchiometrischen Betrieb kann bei geeigneten Brennkraftmaschinen, die dabei kaum einen Drehmomentsprung aufweisen, tatsächlich durchgeführt werden. Um große Laufruhe jedoch auch bei in Bezug auf Laufruheeigenschaften kritischen Brennkraftmaschinen zu erzielen, wird vorteilhafterweise wie folgt weiterverfahren.It is further assumed that the point in time t B at which the acceleration process begins coincides with the beginning of a computing cycle. This cycle has the number "1" in FIGS. 2 and 3. At the beginning of the second calculation cycle, the accelerator pedal position signal FPS is still in the lower load range, as a result of which the values marked "2" in FIGS. 2a and 2b are set on the respective lean-back rest ML for the lambda value and MA the throttle valve angle. At the beginning of the third cycle, that is to say after two completed cycles, as assumed, the accelerator pedal position signal at a time t B1 has reached the final value of 80%, which is in the upper load range. In the upper load range, stoichiometric operation should be carried out. Stoichiometric operation in the upper load range with an accelerator pedal position signal FPS of 80% corresponds to the values shown in FIGS. 2a and 2b with O SL and O SA on the full loads SL and SA for lambda and the throttle valve angle. This jump to the values for stoichiometric operation can actually be carried out with suitable internal combustion engines which have hardly any torque jump. In order to achieve smooth running, however, even with internal combustion engines that are critical with regard to smooth running properties, the method is advantageously carried out as follows.
Nachdem das Komparatormittel 22 zu Beginn des dritten Rechenzyklus festgestellt hat, daß das Fahrpedal-Stellungssignal FPS im oberen Lastbereich liegt, ist noch unklar, ob die nun gemessene Stellung die Endstellung ist. Es könnte instationärer Betrieb vorliegen, bei dem das Fahrpedal noch weiter verstellt wird, und zwar innerhalb des oberen Lastbereiches zu größeren oder kleineren Werten oder sogar zurück in den unteren Lastbereich. Bei instationärem Betrieb gelten häufig besondere Steuerbedingungen, z. B. ist es seit langem üblich, eine Beschleunigungsanreicherung vorzunehmen, die abgeregelt wird. Abhängig von der jeweils vorliegenden Brennkraftmaschine kann es nachteilig sein, den Steuerfunktionen für instationären Betrieb noch Funktionen für den Wechsel vom Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb oder umgekehrt zu überlagern. Der Mikroprozessor überprüft daher für vier Zyklen ab dem Zeitpunkt tB1, nämlich für die Zyklen "3", "4", "5" und "6", ob die Schwankung ΔFPS des Fahrpedal-Stellungssignales FPS über die vier Zyklen eine vorgegebene Schwankungsbreite ΔFPSU unterschreitet. Ist dies festgzstellt, wie im vorliegenden Beispiel, gibt das Komparatormittel 22, also im üblichen Fall ein vergleichender Programmschritt, ein Schaltsignal an den Verstellsignalschalter 24 und den Sollwertschalter 25 zum Umschalten von Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb aus. Aus dem Verstellsignal-ROM 21 werden dann nicht mehr die Drosselklappenwinkel αM für mageren Betrieb, sondern Drosselklappenwinkel αS für stöchiometrischen Betrieb abhängig von der Fahrpedalstellung FPS und der Drehzahl n ausgelesen. Der Grund für die Drehzahlabhängigkeit wird weiter unten erläutert. Außerdem werden aus dem Lambda-Sollwert-ROM 16 nicht mehr Sollwerte für Magerregelung in Abhängigkeit vom Drosselklappznwinkel αM für mageren Betrieb und von der Drehzahl ausgelesen, sondern es wird nun ein fester Sollwert zum Erzielen von Lambda gleich 1 ausgelesen und das Regelmittel 15 regelt mit Hilfe dieses festen Sollwertes.After the
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Funktiongsverknüpfungen in einem Einstellsystem ist in der Ausführungsform von Fig. 1 das Übergangsmittel 23 vorhanden. Diese Programmstufe führt dazu, daß dann, wenn das Komparatormittel 22 schließlich zu einem Zeitpunkt tB2 das Umschalten von Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb vorgenommen hat, der Sprung von dem mit OML gekennzeichneten Drosselklappenwinkel auf dem strichpunktierten Magerast ML′ auf den mit OSL gekennzeichneten Drosselklappenwinkel für dasselbe Fahrpedal-Stellungssignal FPS auf dem stöchiometrischen Ast SL nicht mit einem Schritt, also von einem Rechenzyklus auf den anderen durchgeführt wird. Vielmehr wird so verfahren, daß ein Sprung von einem Drosselklappenwinkel von 90° auf einen solchen von etwa 60°, wie im Ausführungsbeispiel, in vier Teilsprünge in den Rechenzyklen "7" - "10" untergliedert wird, z. B. in Sprünge auf 75, 65, 62 und schließlich 60°.The transition means 23 is present in the embodiment of FIG. 1 as a further advantageous embodiment of the function links in an adjustment system. This program stage leads to the fact that when the
Außer den Werten UML und UMA auf den Magerästen für den Lambda-Wert bzw. den Drosselklappenwinkel in den Fig. 2a bzw. 2b sind auf den strichpunktiert dargestellten stöchiometrischen Ästen im unteren Lastbereich jeweils Werte USL und USA für diejenige Fahrpedalstellung FPS eingezeichnet, zu der auch die Werte UML bzw. UMA gehören. Es sei angenommen, daß das Fahrpedal von der im Beschleunigungsvorgang angenommenen Stellung im oberen Lastbereich zu einem späteren Zeitpunkt tV (Fig. 3) plötzlich zum Verzögern wieder bis auf den ursprünglichen Wert im unteren Lastbereich zurückgenommen werde. Es wiederholt sich dann die oben beschriebene Funktion des Einstellsystemes in entsprechender Weise. Zu Beginn des zweiten Rechenzyklus (es wird wieder vorausgesetzt, daß das Fahrpedal in etwas weniger als zwei Zyklen verstellt wird) wird nun durch das Komparatormittel 22 festgestellt, daß ein Fahrpedal-Stellungssignal FPS kleiner als der Stellungs-Schwellwert FPSU erreicht ist, also ein Wert im unteren Lastbereich. Diese Bedingung alleine genügt jedoch wiederum nicht, um von stöchiometrischem Betrieb auf Magerbetrieb umzuschalten. Vielmehr werden aus dem Verstellsignal-ROM 21 nach wie vor Werte vom stöchiometrischen Ast ausgelesen, und zwar von dessen Teil SA′ im unteren Lastbereich. Erst wenn erneut über vier Zyklen die Schwankung Δ FPS des Fahrpedal-Stellungssignales die vorgegebene Schwankungsbreite Δ FPSU nicht überschritten hat, erfolgt das Umschalten zum Zeitpunkt tV2. Auch in diesem Fall wird der Sprung mit dem Umschalten nicht in einem Schritt vollzogen, sondern innerhalb von vier Schritten erfolgt bis zum Zeitpunkt tV3 der Übergang von dem für den stöchiometrischen Ast SA′ ausgelesenen Drosselklappenwinkel αS zu dem für denselben Wert des Fahrpedal-Stellungssignals FPS geltenden Drosselklappenwinkel αM für mageren Betrieb auf dem Ast MA.In addition to the values U ML and U MA on the lean branches for the lambda value and the throttle valve angle in FIGS. 2a and 2b, values U SL and U SA for the accelerator pedal position FPS are shown on the stoichiometric branches shown in dash-dot lines in the lower load range , which also includes the values U ML and U MA . It is assumed that the accelerator pedal is suddenly withdrawn from the position assumed in the acceleration process in the upper load range at a later time t V (FIG. 3) to decelerate again to the original value in the lower load range. The function of the setting system described above is then repeated in a corresponding manner. At the beginning of the second calculation cycle (it is again assumed that the accelerator pedal is adjusted in a little less than two cycles) it is now determined by the comparator means 22 that an accelerator pedal position signal FPS less than the position threshold value FPSU has been reached, i.e. a value in the lower load range. However, this condition alone is not sufficient to switch from stoichiometric to lean operation. Rather, values from the stoichiometric branch are still read from the
Weiter oben wurde erwähnt, daß im Verstellsignal-ROM 21 nicht nur jeweils ein Satz von Werten für den Zusammenhang zwischen der Fahrpedalstellung und dem Drosselklappenwinkel αM für mageren Betrieb bzw. dem Drosselklappenwinkel αS für stöchiometrischen Betrieb abgelegt sind, sondern daß mehrere Sätze für unterschiedliche Drehzahlen n vorhanden sind, so daß der jeweils zuständige Drosselklappenwinkel abhängig vom Signal des Komparatormittels 22, dem Wert des Fahrpedal-Stellungssianales FPS und der Drehzahl n ausgelesen wird. Der Grund liegt in folgendem. Wird eine Brennkraftmaschine mit hoher Last aber niedriger Drehzahl betrieben, z. B. bei Bergauffahrt des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angebracht ist, und wird dann das Fahrpedal von einer unteren Laststellung in eine obere Laststellung bewegt, hat dies zur Folge, daß wegen der üblichen Vollastanreicherung zwar mehr Kraftstoff geliefert wird, jedoch nicht mehr Luft angesaugt wird, da die ansaugbare Luftmenge oberhalb einer bestimmten Drosselklappenstellung nicht mehr durch die Drosselklappenstellung sondern durch die Drehzahl des Motores bestimmt ist. Soll nun von magerem Betrieb auf stöchiometrischen Betrieb umgestellt werden, muß die Drosselklappe sehr weit zurückgestellt werden, damit sich ihr Verstellen überhaupt in einem Verringern der Luftzufuhr auswirkt. Bei hoher Drehzahl dagegen, z. B. bei Bergabfahrt und bei dann erfolgendem Beschleunigen in den oberen Lastbereich hinein, wird bereits ein geringes Verringern des Drosselklappenwinkels zu einer Verringerung der ansaugbaren Luftmenge führen. Dies macht ersichtlich, daß der Zusammenhang zwischen der Fahrpedalstellung und dem Drosselklappenwinkel drehzahlabhängig ist.It was mentioned above that not only one set of values for the relationship between the accelerator pedal position and the throttle valve angle α M for lean operation or the throttle valve angle α S for stoichiometric operation are stored in the
Weiter oben wurde bereits erwähnt, daß die Werte für den Drosselklappenwinkel statt aus einer in einem Verstellsignalspeicher abgelegten Tabelle auch aus dem jeweiligen Wert der Fahrpedalstellung errechnet werden können. Entsprechend kann die Drehzahl bei einer solchen Berechnung berücksichtigt werden.It has already been mentioned above that the values for the throttle valve angle can also be calculated from the respective value of the accelerator pedal position instead of from a table stored in an adjustment signal memory. The speed can accordingly be taken into account in such a calculation.
Aus dem oben genannten Grund, daß nämlich bei kleinen Drehzahlen die ansaugbare Luftmenge bereits ab einem relativ niedrigen Drosselklappenwinkel nicht mehr von der Stellung der Drosselklappe beeinflußt wird, ist es von Vorteil, den Stellungs-Schwellwert FPSU drehzahlabhängig auszulegen. Der Schwellwert kann z. B. bei etwa 1200 U/min bei etwa 27°, bei 2000 U/min bei etwa 40°, bei 3000 U/min bei etwa 60° und bei 4000 U/min bei etwa 70° liegen. Die im konkreten Fall anzuwendenden Werte hängen jedoch stark vom Drosselklappenquerschnitt und dem Volumen der Brennkraftmaschine ab. Würde der Stellungs-Schwellwert FPSU nicht mit abnehmender Drehzahl zu kleineren Drosselklappenwinkeln hin verschoben werden, hätte dies zur Folge, daß es ab demjenigen Wert, ab dem sich ein weiteres Öffnen der Drosselklappe nicht mehr auf die ansaugbare Luftmenge auswirkt, bei weiterbewegtem Fahrpedal zu keiner erhöhten Kraftstoffzufuhr und damit keinem erhöhten Drehmoment käme. Genau eine solche Erhöhung der Kraftstoffzufuhr und des Drehmomentes tritt aber ein, wenn bereits beim genannten Schwellwert von Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird.For the above-mentioned reason, namely that at low speeds the intake air quantity is no longer influenced by the position of the throttle valve even from a relatively low throttle valve angle, it is advantageous to design the position threshold value FPSU as a function of the speed. The threshold can e.g. B. at about 1200 rpm at about 27 °, at 2000 rpm at about 40 °, at 3000 rpm at about 60 ° and at 4000 rpm at about 70 °. The values to be used in the specific case, however, strongly depend on the throttle valve cross section and the volume of the internal combustion engine. If the position threshold FPSU were not shifted towards smaller throttle valve angles with decreasing speed, this would mean that from the value from which a further opening of the throttle valve no longer has an effect on the amount of air that can be sucked in, the accelerator pedal is not increased Fuel supply and therefore no increased torque would come. Exactly Such an increase in the fuel supply and the torque occurs, however, if a switch is made from lean operation to stoichiometric operation at the aforementioned threshold value.
Beim ausführungsgemäßen Einstellsystem ist das Regelmittel 15 vorhanden. Ein Verstellmittel mit den oben beschriebenen Eigenschaften kann jedoch auch an einer nicht geregelten, sondern nur gesteuerten Brennkraftmaschine angewendet werden.The control means 15 is present in the configuration system according to the invention. However, an adjusting means with the properties described above can also be used on an uncontrolled, but only controlled, internal combustion engine.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Grundidee darin liegt, beim Wechsel vom unteren auf den oberen Lastbereich von Magerbetrieb auf stöchiometrischen Betrieb umzustellen und umgekehrt. Dieser Wechsel ist zumindest bei stationärem Betrieb vorzunehmen, d. h. dann, wenn mit Ablauf einer bestimmten Zeitspanne nach dem Wechsel vom unteren auf den oberen Lastbereich oder umgekehrt festgestellt ist, daß keine weitere größere Änderung des Fahrpedales mehr stattfindet. Vorzugsweise wird der Übergang von der einen Betriebsart zur anderen jedoch von der Bedingung abhängig gemacht, daß sich stationärer Betrieb eingestellt hat, und vorteilhafterweise wird der Übergang nicht sprunghaft, sondern gemäß einer Abregelfunktion aus gespeicherten Tabellenwerten oder gemäß einer mathematischen Funktion durchgeführt.It is again pointed out that the basic idea is to switch from lean operation to stoichiometric operation and vice versa when changing from the lower to the upper load range. This change must be made at least during stationary operation, i.e. H. when, after a certain period of time after the change from the lower to the upper load range or vice versa, it is established that there is no further major change in the accelerator pedal. Preferably, however, the transition from one operating mode to the other is made dependent on the condition that steady-state operation has occurred, and advantageously the transition is not carried out in leaps and bounds, but rather according to a regulation function from stored table values or according to a mathematical function.
Es wird darauf hingeweisen, daß unter dem Begriff Fahrpedal allgemein eine Einrichtung zum Einstellen des von einer Bedienperson gewünschten Drehmomentes verstanden wird. In einem Kraftfahrzeug für Behinderte kann dies z. B. ein von Hand zu verstellender Hebel sein. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß der Begriff Drosselklappe allgemein als Einstellglied für die ansaugbare Luftmenge zu verstehen ist. In diesem Sinn kann Drosselklappe eine Hilfsklappe sein, die mit einem Nebenansaugkanal unabhängig von der eigentlichen Drosselklappe verstellt wird, die direkt mit dem Fahrpedal gekoppelt ist.It is pointed out that the term accelerator pedal is generally understood to mean a device for setting the torque desired by an operator. In a motor vehicle for the disabled, this can e.g. B. a lever to be adjusted by hand. Furthermore, it is pointed out that the term throttle valve is generally used as an adjusting element for the intake air quantity understand is. In this sense, the throttle valve can be an auxiliary flap that is adjusted with a secondary intake channel independently of the actual throttle valve that is directly coupled to the accelerator pedal.
Als Zeitspannen für das Feststellen, ob stationärer Betrieb vorliegt, und für das Vornehmen des Überganges von magerem zu stöchiometrischem Betrieb oder umgekehrt, wurde die jeweilige Dauer von vier Rechenzyklen entsprechend vier Motorzyklen genannt. Diese Zeitspannen können jedoch unterschiedlich gewählt werden und jeweils zwischen 0 und einer größeren Anzahl von Zyklen, falls der Betrieb mit Hilfe eines Mikrocomputers erfolgt, abhängig z. B. vom jeweils gewünschten Laufruheverhalten einer jeweils vorliegenden Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Für Brennkraftmaschinen mit besonderem Verhalten kann es auch von Vorteil sein, die Zeitspannen drehzahlabhängig zu gestalten, insbesondere mit zunehmender Drehzahl eine zunehmende Anzahl von Zyklen zu verwenden, was allerdings trotz der Zunahme der Zyklen zu einer Verkürzung der Zeitspanne führen kann.The respective duration of four computing cycles corresponding to four engine cycles was specified as the time periods for determining whether stationary operation is present and for making the transition from lean to stoichiometric operation or vice versa. However, these time periods can be selected differently and each between 0 and a larger number of cycles, if the operation is carried out with the aid of a microcomputer, depending, for. B. from the desired smooth running behavior of a given internal combustion engine. For internal combustion engines with special behavior, it can also be advantageous to design the time periods as a function of the speed, in particular to use an increasing number of cycles with increasing speed, although this can lead to a shortening of the time period despite the increase in the cycles.
Claims (8)
characterized in that for values of the accelerator pedal position signal (FPS) above the position threshold value (FPSU), that is to say in the upper load range, the throttle flap is adjusted, at least in steady-state operation, in such a manner that essentially a stoichiometric mixture (lambda = 1) is obtained and in that the transition from lean operation (αM) to stoichiometric operation (αS) and conversely is made dependent on the fact that the fluctuation (ΔFPS) of the accelerator pedal position signal (FPS) drops below a predetermined fluctuation range (ΔFPSU) within a predetermined time interval.
characterized in that
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