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DE2812442A1 - Verfahren und einrichtung zum bestimmen von einstellgroessen bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum bestimmen von einstellgroessen bei brennkraftmaschinen

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DE2812442A1
DE2812442A1 DE19782812442 DE2812442A DE2812442A1 DE 2812442 A1 DE2812442 A1 DE 2812442A1 DE 19782812442 DE19782812442 DE 19782812442 DE 2812442 A DE2812442 A DE 2812442A DE 2812442 A1 DE2812442 A1 DE 2812442A1
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Robert Bosch GmbH
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestimmen von Einstellgrößen bei Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Einrichtung zum Bestimmen einer Einstellgröße bei Brennkraftmaschinen abhängig von Betriebskenngrößen bekannt, die einen Speicher für ein Kennfeld enthält, aus dem Vierte abhängig von Betriebskenngrößen auslesbar sind, die wiederum ein Stellwerk für die mechanisch vorgesteuerte Einstellgröße beaufschlagen. Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich um ein Vergasersystem, bei dem der Luftdruck im Luftraum der Schwimmerkammer abhängig vom Ausgangssignal eines Speichers bei bestimmten Betriebskenngrößen geändert wird. Dabei übernimmt das Grundsystem des Vergasers eine gewisse Vorsteuerung der Gemischzusammensetzung und mit Hilfe eines besonderen Stellwerks ist es möglich, diese vorgesteuerte Gemischzusammensetzung betriebskenngrößenabhängig zu korrigieren.
Nachteilig beim bekannten System ist seine verhältnismäßig große Reaktionszeit auf Betriebskenngrößenänderungen, die davon herrührt, daß unter Umständen fortlaufend große Signalhübe verarbeitet werden müssen. Des weiteren müssen für einen optimalen Betrieb der Kraftstoffzumeßanlage die gespeicherten Werte erstens optimal ermittelt und zweitens der Lesespeicher auch mit speziell auf den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp abgestimmten Werten programmiert sein.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zuiii Bestimmen von Einstellgrößen 'Brennkraftmaschinen abhängig von Betriebskenngrößen und mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. hat demgegenüber den Vorteil, daß z.B.. im instationären Betrieb von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus nur geringe Signalhübe zu verarbeiten sind, weil jeweils der vorangehende
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Wept als Grundlage für die Berechnung des neuen dient. Des weiteren muß bei der Festlegung des Speieherinhaltes keine .so.große-Sorgfalt auf das Ermitteln der optimalen "Werte gelegt werden, da diese optimalen Werte \iährend des Betriebes der Brennkraftmaschine ja automatisch infolge des Regelvorganges erzeugt und abgespeichert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebe-: nen:Verfahrens' möglich. So kann bei einer besonders einfachen Lösung davon ausgegangen werden, daß mit Hilfe des Regelverfahrens auf einen von Null abweichenden Speicherinhalt zu Beginn des Betriebes verzichtet werden kann. Dies hat den Vorteil einer großen Einfachheit des Korrektursystems, das somit auch kostengünstig aufgebaut werden kann.
Eine Realisierung der Einrichtung zur Bestimmung einer Einstellgröße bei Brennkraftmaschinen ist im Sachanspruch angegeben. Auch die Gegenstände seiner .Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im ersten .Sachanspruch angegebenen Korrektureinrichtung.
Zeichnung
Ausführüngsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 je ein Gemisch-Diagramm aufgetragen über dem Drosselklappenwinkel, Figur 3 ein grobes Üb.ersichtsschaubild einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffzumeßsystem auf der Basis eines steuerbaren Vergasers, Figur 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung eines Stellwerks zur Korrektur der Vergasereinstellung, Figur -5 eine Signalverarbeitungseinrichtuhg zur Verwendung im Zusammenhang mit der Anordnung von Figur 4y und Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung "der Korrektur; entsprechend der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung
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4 Γ : D
von Figur 5· Figur 7 zeigt eine Grundstruktur eines Rechners zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Erfindung
Die Beschreibung betrifft eine korrekturgesteuerte Vergaseranlage 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 Einbeziehung der Abgaswerte in die Gemischsteuerung aufweist. Figur 1 zeigt in der Kurve /L Null (n3 <* ) die Gemischzusammensetzung einer bekannten Vergaseranlage aufgetragen über dem Drosselklappenöffnungswinkel. Für einen optimalen Brennkraftmaschinenbetrieb auch hinsichtlich der Schadstoffemission wird jedoch über weite Bereiche des Drosselklappenöffnungswinkels ein konstanter Ά -Wert vom Betrag 1,0 gewünscht. Diese optimale Kurve ist mit /L k (η, κ ) bezeichnet. Da der unkorrigierte Vergaser eine Gemischzusammensetzung entsprechend der Kurve λ. Null bereitstellt, was als Vorsteuerung bezeichnet wird, dient eine zusätzliche Steuerung der Vergaseranlage über ein separates Stellwerk der Regelung der Gemischzusammensetzung auf vorzugsweise den nahezu konstanten Wert λ. = 1,0. Aus dem Diagramm von Figur 1 wird deutlich, daß die Steuereinrichtung für das Stellwerk zur Korrektur der Vergasereinstellung zu jedem Drosselklappenwinkelwert ein bestimmtes Signal abgeben muß, um die Abweichung des /L-Wertes von 1,0 auszusteuern. Diese jeweilige Abweichung ist mit 4 A. (n, oc ) bezeichnet.
Ein weiteres Diagramm einer gewünschten und realisierbaren Gemischzusammensetzung ist in Figur 2 dargestellt. Gestrichelt angezeichnet sind dort' über dem Drosselklappenöffnungswinkel
A. -Werte, die die sogenannte Mager-Grenze der Brennkraftmaschine darstellen. Als Mager wird eine Gemischzusammen-
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Setzung mit kleinem Kraftstoffanteil bezeichnet und somit gibt die Mager-Grenze das größe Luft zu Kraftstoffmengenverhältnis an, bei dem die Brennkraftmaschine noch läuft.
Mit einem unkorrigierten Vergasersystem ist ein magerer Betrieb nur schwerlich zu realisieren, da gerade im mageren Betrieb sehr leicht Störungen beim Rundlauf z.B. bei niederer Temperatur auftreten können und mechanische Regelungssysteme für eine Ausregelung von Störungen im allgemeinen sehr träge sind. Zur Realisierung des Kurvenverlaufs Ak (n, oC ) ist somit ein auf den Vergaser einwirkendes Stellwerk vorgesehen, das seine Ansteuersignale aus einer elektrischen Regeleinrichtung erhält.
Figur. 3 zeigt in grober Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Vergaseranlage, die zusätzlich durch elektrische Regelungssignale steuerbar ist. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet, mit 11 ein Einlaßventil und mit 12 ein Auslaßventil. 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 bezeichnet. Steuerbar ist diese Drosselstelle 19 über ein Stellwerk 20, welches elektrische Signale von einem Steuergerät 21 erhält. Eingangsgrößen für dieses Steuergerät 21 sind z.B. der Drosselklappenöffnungswinkel <K 3 die Drehzahl η und ein Wert bezüglich der Luftzahl 7V(= Abgaszusammensetzung). Stromabwärts des Auslaßventils 12 der Brennkraftmaschine 10 ist schließlich noch eine "X -Sonde 22 eingezeichnet, deren Ausgangssignal in einem /V-Wert-Geber 23 zur weiteren Verarbeitung aufbereitet wird.
Beim nicht korrekturgesteuerten Betrieb der Vergaseranlage lh ergibt sich eine Gemischzusammensetzung aufgrund des Unter-
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■ί·
drucks im Venturi 15 und der Einstellung des Schwimmers 18 in der Schwimmerkammer 17 entsprechend den Kurvenverläufen
/*- Null (n, öt ) in den Figuren 1 und 2. Diese Versteuerung aufgrund der physikalischen Gegebenheiten des Vergasersystems ist mittels der steuerbaren Drosselstelle 19 und dem Stellwerk 20 im Sinne der Kurven Ak (n, ·") der Figuren 1 und 2 korrigierbar. Zur Bildung des Ansteuersignals des Stellwerk 20 für die Drosselstelle 19 werden Drosselklappenöffnungswinkelwerte, sowie Drehzahl-, λ-und gegebenfalls Temperaturwerte verarbeitet. Hit Hilfe dieser Korrektur läßt sich somit die Gemischzusammensetzung regeln und auf die gewünschten Werte einstellen.
Figur 4 .zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung 21 (Figur 3) auf digitaler Basis mit einem Schreib-Lese-Speicher 30. Eingangsgrößen für die Steuereinrichtung 21 sind Signale von einem Drehzahlgeber 3I3 einem Drosselklappenöffnungswinkel-Geber 32, einem λ. -Wert-Geber 23 sowie einem Temperaturgeber 33- Der Speicher 30 enthält ein dreidimensionales Kennfeld, wobei die zwei Variablen ein Drehzahl- und ein Drosselklappenöffnungswinkel-Signal sind. Wegen der digitalen Ausführung 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 Λ A. (n,£< ) der Figuren 1 und 2. Dem Ausgang 37 des Speichers 30 folgt ein Digital-Analog-Wandler 38 sowie nachfolgend eine Korrekturstufe 39· In dieser Korrekturstufe 39 werden die aus dem Speicher 30 ausgelesenen Korrekturwerte A- und temperaturabhängig korrigiert. Ausgangsseitig ist die Korrekturstufe 39 mit einem Koppelpunkt 40 verknüpft, von dem sowohl eine Leitung 41 zum Stellwerk 20 als auch eine Leitung 42 zu einem Analog-Digital-Wandler' 43 führt. Dieser Analog-Digital-Wandler stellt jeweils einen neuen und korrigierten Wert für einen bestimmten Speicherplatz (Drehzahl und Last") zur Verfügung.
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26124>4; Y-.
Das in Figur 4 dargestellte Blockschaltbild ist seh; ;;;rob gehalten, es veranschaulicht jedoch am besten den erf.: .-;dungsgemäßen Gedanken, nämlich das fortlaufende Ändern der in Spei-ChSiT JO stehenden Vierte abhängig von Betriebskenngrößen wie einem Tt- -Wert und der Temperatur.
Aufgrund des obenangeführten Regelvorganges der Speieherwerte ist es möglich, bei jedem neuen Startfall der Brennkraftmaschine von gespeicherten Vierten Null auszugehen, da die Speicherwerte ja fortlaufend im Sinne von ausgewählten Betriebskenngrößen korrigiert werden. Dieses gänzlich neue Einschreiben von 4 A -Werten ist jedoch mit einer gewissen Verzögerungszeit bei der Bildung optimaler Werte nach einem Startfall verbunden. Wird ein schnelleres Erreichen dieser optimalen Vierte gewünscht, empfiehlt sich die Abspeicherung von z.B. empirisch ermittelten Vierten der Größe A 71 (n, ^ ) entsprechend der Figur 1 in einem NUR-Lese-Speieher und bei jedem Stärtfall die Übernahme dieser dort gespeicherten Vierte in einem -als Sehreib-Lese-Speicher ausgebildeten Arbeitsspeicher. Diese Möglichkeit ist im Blockschaltbild von Figur 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 Figur 4 erfolgt die Korrektur der aus dem Speicher 30 auslesbaren Werte im analogen Bereich. Es sind nun Fälle denkbar, insbesondere bei der angestrebten Integration mehrerer Bausteingruppen, die Korrektur der ausgelesenen Werte im digitalen Bereich vorzunehmen. Dieser Weg ist in Figur 4 gestrichelt eingezeichnet, wobei eine digitale Korrekturstufe 46 unmittelbar dem Speicherausgarig 37 nachgeschaltet ist. Auch diese digitale^ Korrekturstufe 46 erhält ihre Korrektursignale von den beiden Gebern 23 und 33 für einen A-Viert sowie für einen Temperatur w;ert. Bei diesem Verarbeitungsfall für die Korrekturwerte empfiehlt sich auch eine unmittelbare Rückführung der korrigierten Werte zum Speicher 30 über eine gestrichelt gezeichnete mehrpolij^e Leitung 47·
R, 4 5 2 Ö
Figur 5 zeigt das Beispiel einer Korrekturstufe, bei dem der Gesamtwert T[,o+A'7\- multiplikativ korrigiert wird im Sinne eines bestimmten ^- -Wertes. Bei dieser Schaltungsanordnung nach Figur 5 wird das Signal eines Λ.-Wertgebers 23 einem Schwellwertschalter 50 zugeführt, dessen Ausgangssignal die Integrationsriciitung eines Integrators 51 bestimmt. Dieser Integrator 51 arbeitet mit einer Integratorzeitkonstante abhängig von einer Zählfrequenz fo. Entsprechend dem Integratorwert wird nun in einer Multiplizierstufe 52 der momentane Wert 71<>*Λ& multiplikativ korrigiert und das korrigierte Signal in einem nachfolgenden Digltal-Änalog-Wandler 53 in einen analogen Ansteuerwert für das Stellwerk 20 umgesetzt Der zu multiplizierende Wert ilo^4/t entspricht den ?v.s r~:i Figuren 1 unä 2 ersichtlichen Werten, die in Speichern abi-u.--bar bereitgehalten werden. Yon der Wertekombination A0 *■ ά Ά. werden zweckmäßigerweise die Werte für A Null in einem NDR-Lese-Speicher abgelegt und die Werte für A "λ- in einem Schreib-Lese-Speichei*.
Figur 6 veransciiaHliciit das Arbeitsprinzip der Schaltcng^^r.or-:l· nung von Figpr 5· Dargestellt sind eine Kurve für die "*. "v:Il-Werte sowie eine Kurve für die Λ -Mull plus 4 ?V -VJsrte* Die Ausgangswerte der- Multiplizierstufe 52 sind mit hl und fc2 bezeichnet.
Bei dieser Irt einer multiplikativen Korrektur wird entsprechend der Häufigkeit- des .¥orzeichens der Regelabweichung (gebildet anis einem Λ-liert) das gesamte Kennfeld multiplik-ai-iv angehoben bzw/, abgesenkt. Dieser zusätzliche Korrektur, falter wird mit einer verhältnismäßig großen Zeltkonstanten abgebaut, damit im stationären. Fall die Korrektur der Grundanpassung ( λβ ) vollständig dupcii den .Kennfeldspeicher erfolgt. Eine äfanliefee Funktion der- "Erenderlceneung und -berücksichtigung bezüglich der Regelabweichung kann z.3. analog δχ-. Hilfe eines Tiefpasses erreicht werden.
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Eine besonders zweckmäßige Realisierung der obengenannten Einrichtung ergibt sich mit Hilfe eines Mikroprozessors, wie sie in Figur 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 Vorsteuerung der Gemischzusammensetzung ist das Kennfeld in einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) wie bereits oben beschrieben abgelegt. 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. 7L = I-Regler) wird angezeigt, ob dieses Datenwort korrigiert werden muß. Das korrigierte V7ort 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 zusätzlich in einem Festwertspeicher auch das Kennfeld für eine grobe Vorsteuerung der Einspritzzeit abgespeichert sein.
Zusammenfassend können folgende Vorteile des genannten Verfahrens 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 Hinblick auf Abgasemission und Kraftstoffverbrauch wesentlich ist,
c) es findet ein automatischer Ausgleich von Fertigungsstreuungen statt, da sich der Regelvorgang am optimalen Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine orientiert, und
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- y6 - R.' 4 r :■. ο
d) das System ist universell anwendbar ohne Änderung des elektronischen Teils. Gedacht wird an die Verwendung z.B. für die Abgasrückführung sowie auch für eine Zündwinkelsteuerung.
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Claims (11)

  1. 281R. ; ■/■ - : " : ■■
    13.
  2. 2.1978 Mü/Kö
    ROBERT- BOSCH GMBH, 7QQQ Stuttgart 1
    Ansprüche -..-"-.
    Γΐj Verfahren zum Bestimmen einer Einstellgröße bei einer Brennkraftmaschine abhängig von Betriebskenngrößen, wobei vorgesteuerte Einstellgrößen einer Korrektur insbesondere mit Werten aus wenigstens einem Kennfeldspeicher unterzogen werden,dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Kennfeldspeieher auslesbaren Werte abhängig von Betriebskenngrcßen geändert und durch Werte ersetzt werden, die auf die jeweiligen optimalen Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine abge stimmt "sind..
    Z-. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwerte "zur Korrektur der vorgesteuerten Werte in einem ersten Kennfeldspeicher gespeichert sind, diese Werte zu Betriebsbeginn in einen zweiten Speicher übertragen wird, in dem dann abhängig von Betriebskenngrößen ein Werteaustausch im Sinne einer Wertekorrektur stattfindet.
  3. 3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß :die Anpassung der im steuerbaren Kennfeldspeicher enthaltenden Werte fortlaufend oder zu wählbaren Zeiten oder wählbaren Betriebs zuständen erfolgt.
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  4. 4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet j daß als Einstellgröße ein Kraftstoffzumeßsignal erzeugt wird, wobei die Kraftstoffzumessung durch insbesondere eine Vergaseranlage abhängig von wenigstens der Drehzahl und/oder dem Drosselklappenöffnungswinkel vorgesteuert wird und die Korrektur der Kraftstoff zuraessung über die Vergaseranlage wenigstens "λ. - und/oder temperaturabhängig erfolgt.
  5. 5· Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur-werte multiplikativ erzeugt vier den.
  6. 6. Einrichtung zum Bestimmen einer Einstellgröße bei Brennkraftmaschinen abhängig von Betriebskenngrößen zur Druchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
    5, mit Sensoren für diese Betriebskenngrößen, wenigstens einem Speicher für ein Kennfeld, aus dem Werte abhängig von Betriebskenngrößen auslesbar sind und einem Stellwerk für die insbesondere mechanisch vor s.t euer bare Einstellgröße, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerwert für das Stellwerk (20) abhängig von Betriebskenngrößen regelbar ist und die Größe des Steuerwertes in den Speicher (30) als neuer auslesbarer Wert einschreibbar ist.
  7. 7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Speicher (30, 45) vorgesehen sind, wobei der erste
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    Speicher (45) nicht korrigierbare Grundwerte enthält und die Werte des zweiten Speichers (30) abhängig vom jeweiligen Steuerwert austauschbar sind.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß der Lese-, Korrektur- und Schreibvorgang mittels Mikroprozessor (Figur 7) steuerbar ist.
  9. 9. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, zum Bestimmen eines Kraftstoffzumeßsignals für die Kraftstoff versorgungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem wenigstens, -.ein Kennfeld enthaltenden Speicher, aus dem betriebskenngrößenabhängig Steuersignale auslesbar sind, einer nachgeschalteten Korrekturstufe, sowie einem Stelliverk für die Kraftstoffzumessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Korrekturstufe mit einem Schreibeingang eines Speichers (30) gekoppelt ist und der Ausgangswert der Korrekturstufe jeweils als neuer Wert in den Speicher (30) einschreibbar ist.
  10. 10. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis S3 dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturstufe (39) eine Multiplizierstufe (52) sowie gegebenenfalls einen dieser Multiplizierstufe !vorgeschalteten Integrator enthält.
  11. 11. Einrichtung nach wenigstens einem -der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung beim Bestimmen von Kraftstoffzumeß-. Abgasrückführungs- und Zündsignalen.
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