DE3729771A1

DE3729771A1 - Verfahren und einrichtung zur kraftstoffzumessung bei einer diesel-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3729771A1
Application number: DE19873729771
Authority: DE
Inventors: Ernst-Ulrich Joachim; Hermann Dipl Ing Dr Kull
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-09-05
Filing date: 1987-09-05
Publication date: 1989-03-16
Also published as: JPH03500193A; EP0377596A1; DE3875488D1; EP0377596B1; WO1989002524A1; US5067461A; JP2695217B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kraftstoffzumessung nach der Gattung des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Die für den je weiligen Betriebszustand einer Diesel-Brennkraftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge wird im allgemeinen abhängig von der Drehzahl der Maschine und von der Fahrpedalstellung - gegebenenfalls auch ab hängig von anderen Größen - ermittelt. Da mit Luftüberschuß gefahren wird, spielt die Menge der angesaugten Frischluft nur eine unterge ordnete Rolle. Forderungen nach einer Verminderung schädlicher Ab gase und möglichst geringem Partikelausstoß bei Brennkraftmaschinen führten jedoch dazu, auch bei Dieselmotoren die Menge der angesaugten Frischluft mit in die Bestimmung der Kraftstoffmenge einzube ziehen.

Aus der DE-OS 28 03 750 sind ein Verfahren und eine Einrichtung be kannt, die die angesaugte Frischluftmenge bei der Bestimmung der Kraftstoffmenge berücksichtigen. Ausgehend von der Fahrpedalstellung, die einen Kraftstoffmengenwunsch signalisiert, werden Luftmenge und Kraftstoffmenge vorgesteuert. Daran anschließend werden die exakten Werte mehrdimensionalen Kennfeldern entnommen. Luft- und Kraftstoffmengen werden dann auf diese exakten Werte geregelt. Die Kraftstoffmenge wird durch in den Kennfeldern abgelegten Begrenzungen begrenzt. Das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (Lambda) beeinflußt diese Begrenzung besonders hinsichtlich des Partikelausstoßes. Entsprechende Lambda-Werte sind in den Kennfeldern abgelegt.

Eine Messung des Lambda-Wertes ist nicht vorgesehen, so daß es bei Alterung der Brennkraftmaschine zu einer Abweichung zwischen den in den Kennfeldern gespeicherten Daten und den tatsächlichen Verhält nissen des Motors kommen kann. Infolge einer solchen Abweichung ergibt sich im Vollastbetrieb häufig ein erhöhter Partikelausstoß. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit welchem ein alterungsbedingter erhöhter Partikelausstoß vermieden wird. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.

Vorteile der Erfindung

Das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß der tatsächliche Lamba-Wert direkt gemessen und im Vollastbetrieb zur Regelung der höchst zuläs sigen Kraftstoffmenge herangezogen wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Art der Ablösung von konventioneller Lambda-Regelung der Kraftstoffmenge durch eine Minimalwertauswahl. Der Einfluß systembedingter Totzeiten wird durch eine schnelle Steuerung bis zu einer "Abfangkurve" und anschließender langsamer Lambda-Regelung vermindert.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, in dem die wesentlichen Elemente zur Kraftstoffmengensteuerung und zur Kraftstoffmengenregelung ent halten sind, in Fig. 2 sind die wesentlichen, zur Regelung der höchstzulässigen Kraftstoffmenge erforderlichen Elemente darge stellt, Fig. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf verschiedener Kraft stoffmengensignale, Fig. 3b den zeitlichen Verlauf des Lambda-Son densignales, Fig. 3c den zeitlichen Verlauf des Startsignales für die Rampe, Fig. 4 verdeutlicht die Abhängigkeit der Rampensteigung von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 ist mit 100 ein Dieselmotor gekennzeichnet. Diesem Motor wird über ein mit 101 gekennzeichnetes Ansaugrohr Frischluft zuge führt. Die Abgase werden über die Abgasleitung 102 abgeführt. Mit 110 ist eine Kraftstoffpumpe gekennzeichnet. Die Kraftstoffpumpe ist mit einem Stellregler 111 verbunden. Mit 112 ist ein Sensor bezeichnet, der entweder den Regelweg einer an der Pumpe 110 angebrachten Regelstange oder aber die Schließzeit eines Magnetventiles mißt. Das Ausgangssignal des Sensors 112 wird dem Summenpunkt in 111 zuge führt. Ein weiteres Eingangssignal des Stellreglers 111 ist das Aus gangssignal des mit 113 gekennzeichneten Pumpenkennfeldes. Mit 120 ist eine in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angebrachte Lambda-Sonde bezeichnet. Das Ausgangssignal der Lambda-Sonde wird einer Auswerteschaltung 121 zugeführt, deren Ausgangssignal als Ist wert einem Lambda-Regler 122 zugeführt wird. Der Sollwert wird einer mit 123 bezeichneten Lambda-Begrenzung entnommen, die von mehreren, pauschal mit 124 bezeichneten Betriebskenngrößen abhängt. Mit 125, 134 und 138 sind Minimalwertauswahlstufen gekennzeichnet. 130 kenn zeichnet einen Leerlaufregler, der von einem mit 131 gekennzeichneten Signal angesteuert wird. Bei 132 handelt es sich um ein Fahrver halten-Kennfeld, in dem die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge abhängig von Eingangsgrößen 133 ermittelt wird. Mit 140 ist ein Block gekennzeichnet, der nach Initialisierung durch ein Signal 142 ein rampenförmiges Ausgangssignal abgibt. Die Steigung der Rampe hängt über 141 von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Das Ausgangssignal des Blockes 140 wird einem Summationspunkt 137 zugeführt, dem als weitere Größe das Ausganssignal einer mit 135 gekennzeichneten Drehmomenten-Vorsteuerung zugeführt wird. Über 136 hängt die Drehmomentenvorsteuerung von der Drehzahl der Brennkraft maschine ab.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: In den Betriebszu ständen Start, Leerlauf und Teillast bleibt die der Brennkraftma schine zuzuführende Kraftstoffmenge von der Lamda-Regelung unbe einflußt. Abhängig vom Betriebszustand wird der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffmenge, die entweder durch den Leerlaufregler 130, durch die Drehmoment-Vorsteuerung 135, oder durch das Fahrver halten-Kennfeld 132 bestimmt ist. Welche der möglichen Kraftstoff mengen letzten Endes der Maschine zugeführt wird, hängt von den Minimalwertauswahlstufen 125, 134 und 138 ab. Das Ausgangssignal der Minimalwertauswahl 138 wird einem Pumpenkennfeld 113 zugeführt. Im Pumpenkennfeld wird dem Kraftstoffmengensignal ein von Betriebs parametern abhängiges Ansteuersignal für den Stellregler 111 zuge ordnet. Der Stellregler 111 regelt auf die dem Signal des Pumpen kennfeldes 113 entsprechende Kraftstoffmenge. Die Elemente Pumpe 110, Sensor 112 und Stellregler 111 bilden dabei einen geschlossenen Regelkreis. Die bisher betrachteten Betriebszustände schließen ein Wirksamwerden der Lamda-Regelung aus, da das Ausgangssignal des Lambda-Reglers 122 im Teillastbereich stets größer ist als das Aus gangssignal der Drehmoment-Vorsteuerung 135. Die Vollastbegrenzung mit Hilfe der Lambda-Regelung wird an Hand der Fig. 2 und 3 er läutert.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, in dem nur die für die Lambda-Re gelung erforderlichen Elemente enthalten sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. Die Drehmoment-Vorsteuerung 135 gibt ein mit M₁ bezeichnetes Kraftstoffmengensignal ab. Die Rampe 140 gibt immer dann, wenn sie eingeschaltet ist, ein mit Δ M gekenn zeichnetes Zusatzsignal ab. Im Punkt 137 werden die Signale M₁ und Δ M addiert, und ergeben zusammen das Signal M₂. An der Mini malwertauswahl 125 stehen die beiden Signale M₂ und M _Lambda an. Da im Teillastbereich M _Lambda größer als M₂ ist, gelangt das Signal M₂ an den Ausgang der Minimalauswahl 125. Dieses Signal ist mit M _R gekennzeichnet. Signale M _R und M _x gelangen an die Mini malwertauswahl 138, an deren Ausgang das Signal M₃ zur Verfügung steht. M _x ist das Ausgangssignal der Minimalwertauswahl 134, und entstammt entweder dem Leerlaufregler 131 oder dem Fahrverhalten- Kennfeld 132. Grundsätzlich könnte man die Minimalwertauswahlen 125 und 138 auch zusammenfassen, doch ist die dargestellte Zeichnung übersichtlicher.

Fig. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale M₁, M₂, M _Lambda, M _R, M _x und Δ M. In dem darunterliegenden Diagramm 3 b sind der zeitliche Verlauf des Lambda-Istwertes und des Lambda-Soll wertes aufgetragen. Im Diagramm 3 c ist der Zeitbereich gekennzeichnet, in dem die Rampe, die das Zusatzsignal Δ M erzeugt, aktiviert ist.

Die durchgezogene Linie in Fig. 3a kennzeichnet das Kraftstoff mengensignal M₃. Bis zum Zeitpunkt 310 wird die Kraftstoffmenge M₃ durch M _x bestimmt, da die Beziehung M _x<M₁ <M _Lambda gilt. Zum Zeitpunkt 310 soll das Fahrzeug beschleunigt werden, was durch Betätigen des Fußfahrgebers signalisiert wird. Die aus dem Fahrverhalten-Kennfeld 132 entnommene Kraftstoffmenge M _x (strich punktierte Linie) steigt jetzt auf die maximal mögliche Menge an. Für Zeiten nach dem Zeitpunkt 310 gilt dann:

M _R <M_x

und M₁ <M _Lambda <M_x

und M₂ = M₁ + Δ M (t)

Beim Vorliegen der zuletzt genannten Bedingung wird von Block 140 die Rampe mit dem Zusatzsignal Δ M aktiviert. Zum Zeitpunkt 311 ist die Kraftstoffmenge M₃ gleich der Kraftstoffmenge M₁. Ab dem Zeitpunkt 310 wird zur Kraftstoffmenge M₁ die Kraftstoffmenge Δ M, beginnend von Null, hinzuaddiert. Durch die Kraftstoffzunahme sinkt das Lambda-Istsignal (vgl. Fig. 3b). Im Punkt 312 werden die Signale M₂ und M _Lambda gleich. Von diesem Zeitpunkt an wird die Vollastbegrenzung mit Hilfe der Lambda-Regelung vorgenommen. Es gilt M₃ = M _R = M _Lambda. Fig. 3b zeigt, daß der Lambda-Istwert jetzt gleich dem Lambda-Sollwert ist.

Zum Zeitpunkt 320 nimmt der Fahrer das Fahrpedal zurück. Die strich punktierte Linie, die die Menge M _x kennzeichnet, sinkt unter den Wert M₁. Die Minimalauswahl 138 bewirkt, daß die der Maschine zu geführte Menge M₃ gleich der Menge M _x ist. Damit ist die Kraft stoffversorgung von der Lambda-Regelung abgekoppelt und wird auf die übliche Weise vorgenommen. Es sei noch erwähnt, daß zum Zeitpunkt 320 die Startbedingung für die Rampe 140 wegfällt, und somit zusätzliche Menge Δ M zurückgesetzt wird.

Durch die Minimalwertauswahlen 125, 134 und 138 wurde ein sehr ein facher Ablösemechanismus für die verschiedenen, die Kraftstoffmenge beeinflussenden Steuersignale gefunden. Trotz der im Regelkreis auf tretenden spezifischen Totzeiten (Füllungstotzeiten im Motor) führt das vorliegende Verfahren zu keiner erheblichen Einbuße an Dynamik. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Steigerung der Rampe einerseits von der Drehzahl, andererseits von den spezifischen Totzeiten abhängig ist. Dieser Sachverhalt soll durch Fig. 4 verdeutlicht werden. Dort ist die zusätzliche Menge Δ M in Abhängigkeit von der Zeit auf getragen. Die Abhängigkeit von anderen Parametern ist gestrichelt gekennzeichnet.

Zur Beschreibung des Ausführungsbeispieles wurden Blockschaltbilder gewählt, da sich das Verfahren an Hand von Blockschaltbildern gut darstellen läßt. Dieselben Verfahrensschritte können jedoch auch Teilprogramme eines in einem Mikrorechner abgespeicherten Programmes sein. Es liegt im Ermessen des Fachmannes, die dem jeweiligen Stand der Technik entsprechende Lösung zu benutzen.

Claims

1. Verfahren zur Kraftstoffzumessung einer Diesel-Brennkraftma schine, bei welchem die der Maschine zuzuführende Kraftstoffmenge abhängig vom Betriebszustand (Start, Leerlauf, Vollast, Teillast) und von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine ermittelt und über einen Stellregler einer Kraftstoffpumpe zugeführt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoff menge mit Hilfe einer im Abgasrohr angebrachten Lambda-Sonde auf einen wenigstens von der Drehzahl der Maschine abhängigen Lambda- Wert geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Vol lastbetrieb die wenigstens von Betriebskenngrößen Drehzahl und Fahr pedalstellung abhängige Steuerung der Kraftstoffmenge durch eine Regelung mittels Lambda-Sonde abgelöst wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösung durch eine Minimalwertauswahl erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraft stoffmenge Kennfeldern entnommen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge abhängig vom gewünschten Drehmoment der Maschine vorgesteuert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf Vollast dann erkannt wird, wenn der dem Kennfeld entnommene Kraftstoffmengenwert größer als der drehmoment abhängige Vorsteuerwert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vol last zu dem drehmomentabhängigen Kraftstoffmengensignal ein zeitlich variantes Zusatzsignal hinzuaddiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu satzsignal linear mit der Zeit anwächst (Rampe).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stei gung der Rampe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rampe von der Totzeit der Lambda-Regelung ab hängt.

11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, mit Sensoren zur Erfassung von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinrichtung, die ein von Be triebskenngrößen und vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab hängiges Kraftstoffmengensignal erzeugt, welches zur Ansteuerung eines eine Einspritzpumpe beeinflussenden Stellregelkreises dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellregelkreis im Vollastbetrieb vom Ausgangssignal eines Lambda-Reglers ist, angesteuert wird.