WO1989011030A1 - Procede et dispositif de reglage de la valeur lambda - Google Patents
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- WO1989011030A1 WO1989011030A1 PCT/DE1989/000292 DE8900292W WO8911030A1 WO 1989011030 A1 WO1989011030 A1 WO 1989011030A1 DE 8900292 W DE8900292 W DE 8900292W WO 8911030 A1 WO8911030 A1 WO 8911030A1
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- 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
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
Definitions
- the invention relates to a method and a device for setting the load value for the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine.
- the lambda values of a fuel mixture are regulated in order to set optimal conversion conditions for a catalytic converter which is arranged in the exhaust gas duct of an internal combustion engine.
- the conversion takes place only in a narrow range of lambda values. Where the center of the area is best depends on the respective operating status. This is because, in different operating states, the different pollutants, ie carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, occur in different concentrations and since the usual catalysts convert these pollutants best into non-harmful gases at different lambda values. " This is how nitrogen oxides become for lambda values that are richer than the stoichiometric value, optimally converted, while carbon monoxide and hydrocarbons are better converted in the lean range.
- catalysts are mainly operated in the slightly rich range.
- concentration of carbon monoxide is based essentially on inhomogeneous mixture distribution and on fluctuations in the mixture composition from cycle to cycle.
- the effects mentioned also influence the emission of hydrocarbons, which moreover depends strongly on the combustion temperature, and increases with decreasing combustion temperature.
- emission of nitrogen oxides decreases with decreasing combustion temperature.
- the mixture distribution and fluctuations thereof as well as the respective combustion temperature depend on the speed and the load.
- the different pollutant composition thus in different operating states requires the setting of different lambda values in the different operating states.
- Different lambda values can be set by changing at least one control parameter of the means used for the two-point control. This measure is described in DE 25 45 759 A1 (US-4,210,106). In practical applications, e.g. For example, a lengthening integration time in the bold direction in a characteristic curve or a map can be addressed via values of operating variables.
- the invention is based on the object of specifying a method for regulating the lambda value with which the desired average lambda value can be set with great accuracy for all operating states.
- the invention is also based on the object of specifying a device for carrying out such a method.
- the method according to the invention is characterized in that it not only ascertains the current actual lambda value with the aid of its two-point control, but also uses the average lambda value as the actual lambda measurement value, which is based on a predetermined lambda measurement sol value Forming a measurement deviation is compared on the basis of which measurement deviation at least one control parameter is changed such that an actual lambda measurement value should be set which reduces the measurement deviation mentioned.
- a control parameter is therefore no longer determined only as a function of values of operating variables in the respective operating state in order to achieve a certain average lambda value at which the catalytic converter converts optimally, but it is additionally monitored whether the desired one Value is actually reached, and if not, the predetermined control parameter is changed so that the actual Lambda measurement actual value desired for optimal conversion should be obtained.
- the actual lambda measurement value which is the mean lambda value, can either be determined by averaging the oscillating lambda value as supplied by the lambda probe used for control, or the lambda value behind the catalytic converter can be determined with a second probe can be measured.
- the actual lambda measurement value is preferably determined with such a probe if such a probe is present anyway is, e.g. B. to monitor catalyst activity. If there is no second probe behind the catalytic converter, it is generally more advantageous to form the actual lambda measurement value by averaging the lambda value used for the control.
- 1a, b show a diagram of the time-oscillating lambda value with two-point control and a time-correlated diagram of the course of the manipulated value
- FIG. 2a, b are diagrams corresponding to those of FIG. 1, but using an additional integration time to obtain the manipulated variable;
- Fig. 3a, b diagrams corresponding to those of Fig. 1, but using a proportional jump to gain the manipulated variable;
- FIG. 1 shows a functional diagram in the form of a block function diagram for explaining a method with control parameters that can be changed on the basis of a measurement deviation that is formed with the aid of an average lambda value that is measured by a probe behind a catalytic converter;
- FIG. 2 shows a variant of the functional sequence of FIG. 2, according to which the average lambda value is obtained by averaging the lambda value that is used for the two-point control.
- Fig. 4 a horizontal, dash-dotted line is drawn in the lower part. Functions above this line are known from the prior art, while functions shown below the line, including the upper part, are sufficient. Influence lines are new.
- Fig. 4 The main functional flow in Fig. 4 is as follows. Depending on the values of the speed n and the load L, provisional fuel injection times TIV are determined by a pilot control 10. These are converted into injection times TI by a link 11, which will be discussed in more detail below an injection device 14 arranged in the intake manifold 12 of an internal combustion engine 13. The amount of fuel injected into the intake air flow results in a specific lambda value, which is measured as the actual lambda value by a lambda probe 16 arranged in the exhaust gas duct 15 of the internal combustion engine 13. This actual lambda control value is compared with a lambda control setpoint, which is supplied by a means 17 for outputting the setpoint. 4 that this value should be a reference voltage UREF of 450 mV.
- a lambda control 19 determines a manipulated value in the form of a control factor FR, by which the provisional injection time TIV is multiplied in the link 11. If the lambda control actual value remains below the lambda control setpoint, this means that the mixture burned in the internal combustion engine 13 is too lean. A control factor FR> 1 is then output, whereby a longer actual injection time TI is formed from the preliminary injection time TIV.
- FIGS. 1 a - 3 a Possible courses of the actual lambda control value are shown in FIGS. 1 a - 3 a and associated courses of control factors FR in FIGS. 1 b - 3 b.
- FIG. 1 begins with a point in time at which the actual lambda control value, hereinafter referred to as the probe voltage, drops from rich to lean, ie from a value that indicates a mixture that is richer than a mixture corresponds, which leads to the reference voltage UREF, to a mixture that is leaner.
- the probe voltage passes through the reference voltage in leaps and bounds. The same applies to the return from lean to rich.
- the lambda control 19 reverses the integration direction for gaining the control factor FR from the control deviation, so that the control factor is increased from values below 1.
- the time between reversing the direction of integration and reaching control factor 1 is shown in FIG.
- the control factor is not symmetrical by the value 1, but oscillates symmetrically around a value slightly less than 1.
- the average lambda value is therefore slightly inferior.
- the jump behavior of the probe leads to a shift into lean, in which the measured value jumps faster from lean to rich when the mixture changes abruptly than with a reverse change.
- the direction of integration is not immediately reversed from greasy to emaciated, but it is further enriched via a delay time TV before the jump in the Probe voltage follows the jump in the control direction.
- the control factor FR is therefore in the range of values> 1 during the time period TT + 2TV + TF.
- the measure leads to an averaged control factor> 1, which is shown in FIG. 2b by a dash-dotted line.
- the average control factor and thus the average lambda value can be shifted differently in the direction of bold.
- the greater the shift the more the period of the control oscillation increases.
- a shift in the bold direction can be achieved by a measure as is illustrated by FIGS. 3a and b.
- the control factor FR is suddenly increased by a proportional portion PAUF before the upward integration follows with the integration time TAUF. Due to the sudden upward change, only a short time TM 'passes between the change in the probe voltage from rich to lean and the point in time at which the control factor FR reaches the value 1 coming from smaller values.
- the means 20 for setting the delay time TV also include a means 21 for setting the size of the upward jump PAUF, a means 22 for setting the size of a downward jump PAB, a means 23 for setting the upward integration time IAUF and a means 24 at Setting the downward integration time IAB shown.
- a means 21 for setting the size of the upward jump PAUF a means 22 for setting the size of a downward jump PAB
- a means 23 for setting the upward integration time IAUF a means 24 at Setting the downward integration time IAB shown.
- the means 21 and 22 for setting the jump sizes only dashed lines are drawn to the lambda control 19. This is because, in practice, these quantities are only changed with the delay time TV in exceptional cases. This is related to the vibration behavior of the entire controlled system. As explained with reference to FIGS. 2 and 3, the introduction of a delay time leads to an increased oscillation period, while the introduction of an upward jump and correspondingly a downward jump leads to a shortening of the oscillation period.
- a pilot control adaptation 25 and a compensation 26 are also shown in FIG.
- the latter serves to determine the influence of measured quantities on the injection time, e.g. B. to compensate for the influence of the battery voltage.
- the pilot control adaptation serves to compensate for the influence of unmeasured disturbance variables, e.g. B. fluctuations in air pressure or temperature.
- the manipulated variable in the example the control factor FR
- the lambda value oscillate around respective average values.
- At least one control parameter, in the example the delay time TV is changed depending on the respective operating state in such a way that an average lambda value for optimal damage Material conversion should stop. In practice, however, this is not always achieved, which leads to poorer exhaust gas quality than is desired.
- Very good exhaust gas quality in all operating states can be achieved with the aid of a Larnbda measuring probe 28 arranged behind the catalytic converter 27, a means 29 for outputting the measurement setpoint, a measured value comparison step 30 and a controller adaptation 31.
- the measured value comparison step 30 the actual lambda measured value, as supplied by the Larnbda measuring probe 28, is compared with the measured lambda measured value from the means 29 for outputting the measured target value to form a measurement deviation.
- the measurement deviation is fed to the controller adaptation 31. If the measurement deviation is negative, that is to say the actual lambda measurement value is greater than the lambda measurement sol value, this is a sign that the average lambda value as it occurs behind the catalytic converter 27 is too rich.
- This lowering step can be a fixed step size or a step size determined according to a predefined calculation method, e.g. B. have a step size proportional to the measurement deviation. Which step size is most appropriately used depends on the vibration behavior of the entire controlled system to be determined by experiments.
- the integration times IAUF and IAB are expediently not used for setting the desired average lambda value, since these variables, as explained above, are typically changed for setting a constant amplitude of the control oscillation at different speeds.
- the clarity of the regulation is made more difficult if these variables are changed depending on different values. In the presence of special conditions, however, changing the integration times can also be particularly useful as a function of the measurement deviation.
- the average lambda value is not determined by measurement behind the catalytic converter 27, but rather by means of an averaging 32, the actual lambda sensor value 16 is determined from the actual lambda controller value by averaging.
- the averaging takes place e.g. B. in that a whole vibration of the lambda controller actual value is averaged, that is, for. B. from a jump from lean to rich to the next jump from lean to rich.
- the means 29 for outputting the measurement setpoint value preferably has a memory in which lambda measurement setpoint values are stored in an addressable manner via values of operating variables.
- the setpoints are determined in such a way that they correspond to the mean lambda value which leads to optimal pollutant conversion in the respective operating state. Addressing operation sizes are preferably the speed n and a size dependent on the load L, z. B. the accelerator pedal position, the throttle valve angle or the intake air mass.
- the setpoints can also be determined on the basis of characteristic curves or by calculations using a formula.
- All of the means, method steps and memories mentioned are preferably formed by the hardware and software of a microcomputer, as is typically used in motor vehicle electronics.
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des La bdawertes für das einer Brennkraft¬ maschine zuzuführende Luft/Kraftstoffgemisch .
Stand der Technik
Der Lambdawerte eines Kraftstoffgemisches wird geregelt, um optimale Konvertierungsbedingungen für einen Katalysator einzustellen, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine an¬ geordnet ist. Die Konvertierung findet nur in einem engen Bereich von Lambdawerten statt. Wo die Mitte des Bereiches am besten liegt, hängt vom jeweiligen Betriebszust-and ab. Dies, weil bei unterschiedlichen Betriebszuständen die ver¬ schiedenen Schadstoffe, also Kohlenmonoxid, Kohlenwasser¬ stoffe und Stickoxide, in unterschiedlicher Konzentration auftreten und da die üblichen Katalysatoren diese Schadstof¬ fe bei unterschiedlichen Lambdawerten am besten in nicht¬ schädliche Gase konvertieren". So werden Stickoxide bei Lambdawerten, die fetter sind als der stöchiometrische Wert optimal konvertiert, während Kohlenmonoxid und Kohlenwasser¬ stoffe im mageren Bereich besser konvertiert werden. Da der Beseitigung der Stickoxide das Hauptaugenmerk gilt, werden Katalysatoren vorwiegend im leicht fetten Bereich betrieben.
Die Konzentration von Kohlenmonoxid beruht im wesentlichen auf inhomogener Gemischverteilung und auf Schwankungen der Gemischzusammensetzung von Zyklus zu Zyklus. Die genannten Effekte beeinflussen auch die Emission von Kohlenwasserstof¬ fen, die darüberhinaus stark von der Verbrennungstemperatur abhängt, wobei sie mit abnehmender Verbrennungstemperatur zunimmt. Demgegenüber nimmt die Emission von Stickoxiden mit abnehmender Verbrennungstemperatur ab. Die Gemischver¬ teilung und Schwankungen derselben sowie die jeweilige Ver¬ brennungstemperatur hängen von der Drehzahl und der Last ab. Die somit bei unterschiedlichen Betriebszuständen unter¬ schiedliche SchadstoffZusammensetzung fordert das Einstellen unterschiedlicher Lambdawerte bei den verschiedenen Betriebs¬ zuständen.
Unterschiedliche Lambdawerte lassen sich dadurch einstellen, daß mindestens ein Regelparameter des verwendeten' Mittels zur Zweipunktregelung verändert wird. Diese Maßnahme ist in der DE 25 45 759 A1 (US-4.210.106) beschrieben. Bei prakti¬ schen Anwendungen ist z. B. eine verlängernde Integrations- zeϊt in Richtung fett in einer Kennlinie oder einem Kenn¬ feld adressierbar über Werte von Betriebsgrößen abgespei¬ chert.
Es'hat sich herausgestellt, daß es mit der beschriebenen Maßnahme in der Praxis nicht immer möglich ist, genau den¬ jenigen mittleren Lambdawerte einzustellen, der für einen jeweils vorliegenden Betriebszustand zur optimierten Konver¬ tierungsrate für die verschiedenen Schadstoffe führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln des Lambdawertes anzugeben, mit dem der gewünschte mittlere Lambdawert für alle Betriebszustände mit großer Genauigkeit eingestellt werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durch¬ führen eines solchen Verfahrens anzugeben.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 6 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildun¬ gen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es nicht nur den jeweils aktuellen Lambda-Istwert er¬ mittelt, mit Hilfe dessen Zweipunktregelung stattfindet, sondern daß es zusätzlich den mittleren Lambdawert als Lambda-Meßistwert verwendet, der mit einem vorgegebenen Lambda-Meßsol lwert zum Bilden einer Meßabweichung vergli¬ chen wird, aufgrund welcher Meßabweichung mindestens ein Regelparameter so verändert wird, daß sich ein Lambda-Me߬ istwert einstellen sollte, der die genannte Meßabweichung verringert. Ein Regelparameter wird also nicht mehr nur ab¬ hängig von Werten von Betriebsgrößen im jeweils vorliegenden Betriebszustand bestimmt, um einen gewissen mittleren Lambda¬ wert zu erzielen, bei dem der Katalysator optimal konver¬ tiert, sondern es wird zusätzlich überwacht, ob der gewünsch¬ te Wert tatsächlich erreicht wird, und falls nicht, wird der vorgegebene Regelparameter so verändert, daß sich der für optimale Konvertierung tatsächlich gewünschte Lambda-Meßist¬ wert einstellen sollte.
Der Lambda-Meßistwert, der ja der mittlere Lambdawert ist, kann entweder dadurch bestimmt werden, daß der schwingende Lambdawert, wie er von der zum Regeln verwendeten Lambda- sonde geliefert wird, ge ittelt wird, oder es kann der Lambdawert hinter dem Katalysator mit einer zweiten Sonde gemessen werden.
Der Lambda-Meßistwert wird vorzugsweise mit einer solchen Sonde bestimmt, wenn eine derartige Sonde ohnehin vorhanden
ist, z. B. um die Katalysatoraktivität zu überwachen. Fehlt es an dieser zweiten Sonde hinter dem Katalysator, ist es im allgemeinen vorteilhafter, den Lambda-Meßistwert durch Mit¬ telung des zur Regelung verwendeten Lambdawertes zu bilden.
Welcher der verschiedenen Regelparameter aufgrund der be¬ stimmten Meßabweϊchung verändert wird, hängt vom Schwingungs¬ verhalten des geregelten Gesa tsystemes ab. Soll z. B. der Lambdawert etwas weiter in Richtung fett verschoben werden, kann entweder die Zusatzintegrierzeit verlängert werden oder der Proportionalsprung in Richtung fett vergrößert werden. Die erstere Maßnahme führt zu einem Verlängern der Schwin¬ gungszeit der Zweipunktregelung, während die zweite Maßnahme zu einer Verkürzung führt. Letzteres hat zwar ein schnelleres Ausregeln von Fehlern zur Folge, jedoch mit dem Nachteil höherer Schwingungsneϊgung. Dies macht deutlich, daß das Ge¬ samtverhalten des geregelten Systemes bei der Auswahl des zu verändernden Regelparameters oder der zu verändernden Regelparameter zu berücksichtigen ist.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a, b ein Diagramm des zeitlich schwingenden Lambda¬ wertes bei Zweipunktregelung und ein zeitkorrel ier- tes Diagramm des Verlaufs des Stellwertes;
Fig. 2a, b Diagramme entsprechend denen von Fig. 1, jedoch unter Verwendung einer zusätzlichen Integrations¬ zeit zum Gewinnen des Stellwertes;
Fig. 3a, b Diagramme entsprechend denen von Fig. 1, jedoch unter Verwendung eines ProportionalSprunges zum Gewinnen des Stellwertes;
Fig ein Funktionsdiagramm in Form eines Blockfunk¬ tionsbildes zum Erläutern eines Verfahrens mit Regelparametern, die aufgrund einer Meßabweichung veränderbar sind, die mit Hilfe eines mittleren Lambdawertes gebildet wird, der von einer Sonde hinter einem Katalysator gemessen wird; und
Fig eine Variante des Funktionsablaufs von Fig. 2, gemäß der der mittlere Lambdawert durch Mitteln des Lambdawertes gewonnen wird, der zur Zweipunkt¬ regelung verwendet wird.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bevor auf Details der Erfindung eingegangen wird, sei zu¬ nächst die der Erfindung zugrundeliegende Problematik aus¬ gehend vom oberen Teil von Fig. 4 und unter Zuhilfenahme der Fig. 1 - 3 erläutert.
In Fig. 4 ist im unteren Teil eine waagerechte, strichpunk- tierte Linie gezogen. Funktionen oberhalb dieser Linie sind aus dem Stand der Technik bekannt, während unterhalb der Linie eingezeichnete Funktionen samt in den oberen Teil rei¬ chende . Einflußl inien neu sind.
Der Hauptfunktionsablauf in Fig. 4 ist der folgende. Abhängig von Werten der Drehzahl n und der Last L werden durch eine Vorsteuerung 10 vorläufige Kraftstoffeinspritzzeiten TIV be¬ stimmt. Diese werden durch eine Verknüpfung 11, auf die noch näher eingegangen wird, in Einspritzzeiten TI gewandelt, die
einer im Saugrohr 12 einer Brennkraftmaschine 13 angeordneten Einspritzeinrichtung 14 zugeführt werden. Die in den ange¬ saugten Luftstrom eingespritzte Kraftstoffmenge hat einen bestimmten Lambdawert zur Folge, der als Lambda-Regel istwert von einer im Abgaskanal 15 der Brennkraftmaschine 13 ange¬ ordneten Lambdasonde 16 gemessen wird. Dieser Lambda-Regel- istwert wird mit einem Lambda-Regelsollwert verglichen, der von einem Mittel 17 zur Sollwertausgabe geliefert wird. In Fig. 4 ist eingetragen, daß dieser Wert eine Referenzspan¬ nung UREF von 450 mV sein soll. Dies deutet an, daß in der Praxis häufig nicht Lambdawerte miteinander verglichen wer¬ den, sondern Spannungen, wie sie von einer Lambdasonde bei einem gewissen Lambdawert abgegeben werden. Der Vergleich zwischen Lambda-Regelsollwert und Lambda-Regel istwert findet in einem Vergleichsschritt 18 statt, in dem die Regelabwei¬ chung als Differenz zwischen den genannten Werten gebildet wird. Aufgrund der Regelabweichung bestimmt eine Lambda- regelung 19 einen Stellwert in Form eines Regelfaktors FR, mit dem die vorläufige Einspritzzeit TIV in der Verknüpfung 11 multipliziert wird. Bleibt der Lambda-Regel istwert unter dem Lambda-Regelsollwert bedeutet dies, daß das in der Brenn¬ kraftmaschine 13 verbrannte Gemisch zu mager ist. Es wird dann ein Regelfaktor FR > 1 ausgegeben, wodurch aus der vor¬ läufigen Einspritzzeit TIV eine längere tatsächliche Eiπ- spritzzeit TI gebildet wird.
Mögliche Verläufe des Lambda-Regelistwertes sind in den Fig. la - 3a und jeweils zugehörige Verläufe von Regelfakto¬ ren FR in den Fig. 1b - 3b dargestellt.
Die Erläuterung von Fig. 1 sei mit einem Zeitpunkt begonnen, in dem der Lambda-Regelistwert, im folgenden Sondenspannung genannt, von fett nach mager abfällt, d. h. von einem Wert, der ein Gemisch anzeigt, das fetter ist als es einem Gemisch
entspricht, das zur Referenzspannung UREF führt, zu einem Gemisch, das magerer ist. Das Durchlaufen der Sondenspannung durch die Referenzspannung erfolgt sprunghaft. Dasselbe gilt für den Rücksprung von mager nach fett. In dem Moment, in dem die Sondenspannung beim Sprung von fett nach mager die Referenzspannung durchläuft, dreht die Lambdaregelung 19 die Integrationsrichtung für das Gewinnen des Regelfaktors FR aus der Regelabweichung um, so daß der Regelfaktor von Wer¬ ten unterhalb 1 erhöht wird. Die Zeit zwischen dem Umkehren der Integrationsrichtung und dem Erreichen des Regelfaktors 1 ist in Fig. 1b eingezeichnet und mit TM bezeichnet. Nach dem Erreichen des Wertes 1 geht die Integration jedoch weiter, da die Sondenspaπnung noch den Wert mager anzeigt, obwohl der Regelfaktor bereits zu einem fetten Gemisch auf der Saug¬ seite führt. Diese fette Gemisch wird jedoch erst um eine Totzeit TT verzögert von der Lambdasonde 16 festgestellt. Mit Ablauf dieser Totzeit TT springt die Sondenspannung von mager nach fett. Dieses Springen hat eine erneute Umkehr der Integrationsrichtung zur Folge. Der Regelfaktor FR wird nun verkleinert, so daß er nach Ablauf einer Zeit TF seit dem Sprung wieder den Wert 1 erreicht. Bei weiterem Erniedrigen des Regelfaktors FR wird saugseitig ein mageres Gemisch ein¬ gestellt, was jedoch an der Lambdasonde 16 erneut erst nach Ablauf der Totzeit TT zu einem Sprung im Meßsignal führt, diesmal von fett nach mager. In Fig. 1b ist, wie übrigens auch in den Fig. 2b und 3b angenommen, daß die Integrations¬ zeit TAUF für Aufwärtsintegration und die Integrationszeit TAB für. Abwärtsintegration gleich groß sind. Dann sind die Zeitintervalle TM + TT sowie TF + TT gleich groß, so daß der Regelfaktor symmetrisch um den Wert 1 und die Sondenspannung symmetrisch um die Referenzspannung UREF schwingen. Es wird darauf hingewiesen, daß bei einer Referenzspannung UREF zwi¬ schen etwa 400 mV und 550 mV, wie sie in der Praxis verwen¬ det wird, der Regelfaktor nicht symmetrisch um den Wert 1 ,
sondern symmetrisch um einen Wert etwas kleiner als 1 schwingt. Der mittlere Lambdawert liegt also leicht im Ma¬ geren. Zu einer Verschiebung ins Magere führt darüberhinaus auch das Sprungverhalten der Sonde, bei der Meßwert bei einer sprunghaften Änderung des Gemisches von mager nach fett schneller springt als bei einer umgekehrten Änderung.
Die eben genannten Effekte führen also zu einer Magerver¬ schiebung. Dem entgegengesetzt ist es jedoch, wie oben er¬ wähnt, zum Erniedrigen der Anteil der Stickoxide im Abgas erwünscht, daß im Mittel ein leicht fetter Lambdawert vor¬ liegt. Die Lambdaregelung 19 muß entsprechend betrieben werden. Dazu stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, von denen anhand der Fig. 2 und 3 zwei erläutert werden.
Gemäß Fig. 2b wird gemäß der einen Maßnahme dann, wenn die Sondenspannung von mager nach fett springt, die Integra¬ tionsrichtung nicht sofort von anfettend in abmagernd um¬ gedreht, sondern es wird über eine Verzögerungszeit TV noch weiter angefettet, bevor dem Sprung in der Sondenspannung der Sprung in der Regelrichtung folgt. Zwischen dem Zeit¬ punkt des Sprunges in der Sondenspannung und demjenigen Zeitpunkt, in dem der Regelfaktor den Wert 1 durchläuft, vergeht dann nicht mehr nur die Zeit TF, sondern die Zeit 2TV + TF. Der Regelfaktor FR befindet sich daher während der Zeitspanne TT + 2TV + TF im Bereich von Werten > 1. Der Bereich für Werte < 1 besteht dagegen unverändert über die Zeitspanne TT + TM. Die Maßnahme führt zu einem gemittelten Regelfaktor > 1, was in Fig. 2b durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Durch unterschiedliche Wahl der Ver¬ zögerungszeit TV läßt sich der mittlere Regelfaktor und damit der mittlere Lambdawert unterschiedlich weit in Rich¬ tung fett verschieben. Je stärker die Verschiebung, desto mehr erhöht sich die Periode der Regelschwingung.
Ebenfalls eine Verschiebung in Richtung fett, jedoch mit Er¬ niedrigung der Periode der Regelschwingung läßt sich durch eine Maßnahme erzielen, wie sie anhand der Fig. 3a und b ver¬ anschaulicht ist. Es wird nämlich dann, wenn die Sondenspan¬ nung von fett nach mager springt, der Regelfaktor FR sprung¬ haft um einen Proportionalanteil PAUF erhöht, bevor sich die Aufwärtsintegration mit der Integrationszeit TAUF anschließt. Durch die sprunghafte Aufwärtsänderung vergeht nur eine kurze Zeit TM' zwischen der Änderung in der Sondenspannung von fett nach mager und demjenigen Zeitpunkt, zu dem der Regel¬ faktor FR den Wert 1 von kleineren Werten herkommend er¬ reicht. Werte < 1 für den Regelfaktor FR bestehen somit nur noch während der Zeitspanne TT + TM' , die kürzer ist als die Zeitspanne TT + TM gemäß dem Verfahren von Fig. 1b. Die Zeitspanne TT + TF bleibt unverändert. Je größer der Auf¬ wärtssprung PAUF ist, desto mehr verschiebt sich der mitt¬ lere Regelfaktor zu Werten > 1, was einen zunehmend fetteren mittleren Lambdawert zur Folge hat. Die Schwingungsperiode der Zweipunktregelung nimmt dagegen immer weiter ab.
In Fig. 4, und zwar noch im Teil oberhalb der strichpunk¬ tierten Linie, ist dargestellt, wie die beschriebene Erkennt¬ nis genutzt wird, um für jeden Bet iebszustand einen mitt¬ leren Lambdawert einzustellen, der zu optimaler Schadstoff¬ konvertierung führt. Es liegt nämlich ein Mittel 20 zum Ein¬ stellen der Verzögerungszeit TV abhängig von Werten der Drehzahl n und der Last L vor. Dadurch ist es möglich, die Verzögerungszeit TV betriebspunktabhängig zu verändern, also das anhand der Fig. 2a und b erläuterte Verfahren auszuüben.
Aus dem Mittel 20 zum Einstellen der Verzögerungszeit TV sind in Fig. 4 noch ein Mittel 21 zum Einstellen der Größe des Aufwärtssprunges PAUF, ein Mittel 22 zum Einstellen der Größe eines Abwärtssprunges PAB, ein Mittel 23 zum Einstel¬ len der Aufwärtsintegrationszeit IAUF und ein Mittel 24 zum
Einstellen der Abwärtsintegrationszeit IAB eingezeichnet. Von den Mitteln 21 und 22 zum Einstellen der Sprunggrößen sind nur gestrichelte Linien zur Lambdaregelung 19 gezogen. Dies, weil in der Praxis nur in Ausnahmefällen diese Größen zugleich mit der Verzögerungszeit TV verändert werden. Dies hängt mit dem Schwiπgungsverhalten des gesamten geregelten Systems zusammen. Wie anhand der Fig. 2 und 3 erläutert, führt das Einführen einer Verzögerungszeit zu erhöhter Schwingungsperiode, während das Einführen eines Aufwärts¬ sprunges und entsprechend eines Abwärtssprunges zu einem Verkürzen der Schwingungsperiode führt. In der Regel ist es bei einem bestimmten Typ einer Brennkraftmaschine nur sinn¬ voll, eine einzige der beiden Maßnahmen zum Verschieben des mittleren Lambdawertes in Richtung fett anzuwenden. Zu einem solchen Verschieben könnten auch unterschiedliche Integra¬ tionszeiten IAUF und IAB verwendet werden. Diese Integra¬ tionszeiten werden in der Regel aber drehzahlabhängig ver¬ ändert, .um die Amplitude der Regelschwingung für alle Be- triebszustände im wesentlichen konstant zu halten.
Außer den bisher beschriebenen Funktionen sind in Fig. 4 noch eine Vorsteuerungsadaption 25 und eine Kompensation 26 ein¬ gezeichnet. Letztere dient dazu, den Einfluß gemessener Gros¬ sen auf die Einspritzzeit, z. B. den Einfluß der Batterie¬ spannung, zu kompensieren. Die Vorsteuerungsadaption dient dagegen dazu, den Einfluß nicht gemessener Störgrößen zu kompensieren, z. B. Luftdruck- oder Temperaturschwankungen.
Wie oben erläutert, schwingen bei einer Zweipunktregelung der Stellwert, im Beispiel der Regelfaktor FR, und der Lambdawert um jeweilige Mittelwerte. Mindestens ein Regel¬ parameter, im Beispielsfall die Verzögerungszeit TV, wird abhängig vom jeweils vorliegenden Betriebszustand so verän¬ dert, daß sich ein mittlerer Lambdawert für optimale Schad-
Stoffkonvertierung einstellen sollte. In der Praxis wird dies jedoch nicht immer erreicht, was zu schlechterer Abgas¬ qualität führt, als sie gewünscht ist.
Sehr gute Abgasqualität in allen Betriebszuständen läßt sich mit Hilfe einer hinter dem Katalysator 27 angeordneten Larnbda-Meßsonde 28, einem Mittel 29 zur Meßsollwertausgabe, einem Meßwertvergleichsschritt 30 und einer Regleradaption 31 erzielen. Im Meßwertvergleichsschritt 30 wird der Lambda- Meßistwert, wie er von der Larnbda-Meßsonde 28 geliefert wird, mit dem Lambda-Meßsol lwert vom Mittel 29 zur Meßsoll¬ wertausgabe zum Bilden einer Meßabweichung verglichen. Die Meßabweichung wird der Regleradaption 31 zugeführt. Ist die Meßabweichung negativ, also der Lambda-Meßistwert größer als der Lambda-Meßsol lwert , ist dies ein Zeichen dafür, daß der mittlere Lambdawert, wie er hinter dem Katalysator 27 an¬ fällt, zu fett ist. Dies bedeutet, daß die Verzögerungszeit TV zu erniedrigen ist, was in Fig. 4 durch, einen Abwärtspfeil dargestellt ist. Dieser Erniedrigungsschritt kann eine feste Schrittweite oder eine nach einem vorgegbenen Rechenverfah¬ ren bestimmte Schrittweite, z. B. eine zur Meßabweichung pro¬ portionale Schrittweite aufweisen. Welche Schrittweite am zweckmäßigsten verwendet wird, ist abhängig vom Schwingver¬ halten des gesamten geregelten Systems durch Versuche zu ermitteln.
In Fig. 4 ist nicht nur eine durchgezogene Einflußlinie von der Regleradaption 31 zum Mittel 20 zum Einstellen der Ver¬ zögerungszeit TV gezogen, sondern gestrichelte Linien be¬ stehen auch zwischen der Regleradaption 31 und dem Mittel zum Einstellen des Aufwärtssprunges PAUF, dem Mittel 22 zum Einstellen des Abwärtssprunges PAB, dem Mittel 23 zum Ein¬ stellen der Aufwärtsintegrationszeit IAUF, dem Mittel 24 zum Einstellen der Abwärtsintegrationszeit IAB und dem Mittel 29
zur Meßsollwert-Ausgabe. Für das gestrichelte Darstellen bestehen unterschiedliche Gründe. Die Linie zum Mittel 21 zum Einstellen des Aufwärtssprunges PAUF ist gestrichelt, da im Beispielsfall- davon ausgegangen ist, daß zum Einstellen des gewünschten mittleren Lambdawertes die Verzögerungszeit TV verändert wird. Wie oben erläutert, nimmt man in der Praxis bereits bei herkömmlichen Verfahren, bei denen das Verändern alleine abhängig von Werten von Betriebsgrößen erfolgt, ty¬ pischerweise Veränderungen nur an einem der verschiedenen Regelparameter vor. Entsprechend ist es beim regelnden Ver¬ ändern gemäß der Erfindung zweckmäßig, jeweils nur auf einen der Regelparameter Einfluß zu nehmen.
Die Integrationszeiten IAUF und IAB werden zweckmäßigerweise -nicht zum Einstellen des gewünschten mittleren Lambdawertes verwendet, da diese Größen, wie oben erläutert, typischer¬ weise zum Einstellen einer konstanten Amplitude der Regel¬ schwingung bei unterschiedlichen Drehzahlen verändert werden. Es erschwert die Übersichtlichkeit der Regelung, wenn diese Größen in Abhängigkeit unterschiedlicher Werte verändert werden. Beim Vorliegen von Sonderbedingungen kann jedoch gerade das Verändern der Integrationszeiten auch in Abhän¬ gigkeit der Meßabweichung besonders sinnvoll sein.
Auch durch Verschieben der Referenzspannung für'die Zwei¬ punktregelung läßt sich der mittlere Lambdawert verändern. Aufgrund des Sprungverhaltens der Lambdasonde 16 bestehen jedoch nur geringe Verschiebemöglichkeiten.
Soll aus Kostengründen eine zweite rießsonde 28 nicht verwen¬ det werden, ist ein Verfahren gemäß Fig. 5 von Vorteil. Gemäß diesem Verfahren wird der mittlere Lambdawert nicht durch Messung hinter dem Katalysator 27 bestimmt, sondern durch eine Mittelung 32 wird aus dem Lambda-Regleristwert von der Lambdasonde 16 durch Mittelwertbildung der Lambda-Meßistwert bestimmt. Die Mittelwertbildung erfolgt z. B. dadurch, daß über eine ganze Schwingung des Lambda-Regleristwertes ge it- telt wird, also z. B. von einem Sprung von mager nach fett bis zum nächsten Sprung von mager nach fett. Dabei werden vorteilhafterweise die Meßwerte vor der Mittelung entsprechen der nichtlinearen Kennlinie Uλ= f {Λ ) 1 i near siert .
Das Mittel 29 zur Meßsollwert-Ausgabe weist vorzugsweise einen Speicher auf, in dem Lambda-Meßsol lwerte adressierbar über Werte von Betriebsgrößen gespeichert sind. Die Sollwerte sind so bestimmt, daß sie beim jeweils vorliegenden Betriebs¬ zustand demjenigen mittleren Lambdawert entsprechen, der zu optimaler Schadstoffkonvertierung führt. Adressierbetriebs¬ größen sind vorzugsweise die Drehzahl n und eine von der Last L abhängige Größe, z. B. die Fahrpedalstellung, der Drosselklappenwinkel oder die angesaugte Luftmasse. Die Soll¬ werte können jedoch auch auf Kennlinien oder durch Berechnun¬ gen nach einer Formel bestimmt werden.
Alle genannten Mittel, Verfahrensschritte und Speicher sind vorzugsweise durch die Hard- und Software eines Mikrorechners gebildet, wie er typischerweise in der Kraftfahrzeugelektroni verwendet wird.
Claims
1. Verfahren zum Regeln des Lambdawertes des einer Brennkraft¬ maschine zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Gemisches mit Hilfe eines Mittels zur Zweipunktregelung mit vorgegebenen Regel¬ parametern, dem zum Bilden der Regelabweichung das Signal einer Regel-Lambdasonde zuzuführen ist, die Sprungverhalten aufweist, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n et , daß
- für den jeweils vorliegenden Betriebszustand ein Lambda- Meßsollwert bestimmt wird,
- der mittlere Lambdawert als Lambda-Meßistwert verwendet wird,
- die Meßabweichung zwischen Lambda-Meßsol lwert und -Lambda- Meßistwert berechnet wird, und
- mindestens ein Regelparamete.r abhängig von der Meßabwei¬ chung so verändert wird, daß sich ein Lambda-Meßistwert einstellen sollte, der die genannte Meßabweichung ver¬ ringert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß als ein veränderbarer Regelparameter die Verzögerungszeit (TIV) verwendet wird, um die die Zweipunkt- regelung nach dem Umkippen der Regelabweichung von einem den Zustand "mager" anzeigenden Wert in einen den Zustand "fett" anzeigenden Wert verlängert in Richtung "fett" integriert.
3. Verfahren nach einem der .Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein veränderbarer Regelparameter in Schritten fest vorgegebener Weite verändert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein veränderbarer Regelparameter in Schritten verändert wird, deren Weite proportional zur Meßabweichung ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der mittlere Lambdawert durch Messung mit einer Meß-Lambdasonde hinter einem Katalysator bestimmt wird.
6. Vorrichtung zum Regeln des Lambdawertes des einer Brenn¬ kraftmaschine (13) zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Gemisches mit Hilfe eines Mittels zur Zweipunktregelung (19) mit vor¬ gegebenen Regelparametern, dem zum Bilden der Regelabwei¬ chung das Signal einer Regel-Lambdasonde (16) zuzuführen ist, die Sprungverhalten aufweist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- ein Mittel (29) zum Bestimmen von Lambda-Meßsol lwerten ab¬ hängig von Werten von Betriebsgrößen,
- ein Mittel (30) zum Vergleichen des jeweiligen La bda-Meß- sollwertes mit dem jeweils vorliegenden mittleren Lambda¬ wert als Lambda-Istwert, zum Bilden einer Meßabweichung, und
- ein Mittel (31) zum Verändern mindestens eines Regelpara¬ meters abhängig von der Meßabweichung derart, daß sich ein Lambda-Meßistwert einstellen sollte, der die genannte Me߬ abweichung verringert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn ¬ ze i chnet , daß das Mittel (29) zum Bestimmen von Lambda- Meßsollwerten einen Speicher aufweist, der Lambda-Meßsoll- werte adressierbar über Werte von Betriebsgrößen speichert.
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