DE69724693T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Brennstoffersparnis von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Brennstoffersparnis von Kraftfahrzeugen Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Kraftstoff-Regelsysteme, und spezieller ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffersparnis durch Verwendung eines geführten LufdKraftstoff-Modus (MFA, Managed Fuel Air; geführter Luft/Kraftstoff-Modus)des Motorbetriebs, der einen mageren Steuer-Modus des Motorbetriebs einschließt; periodisch durch einen stöchiometrischen Modus des Motorbetriebs unterbrochen, während welchem ein Magermodus-Korrekturfaktor aufgefrischt wird.
  • Es ist in der Technik wohlbekannt daß eine höhere Kraftstoffersparnis erzielt werden kann indem man das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) auf der mageren Seite der Stöchiometrie regelt. Der traditionelle Abgas-Sauerstoffsensor (EGO, Exhaust Gas Oxygen, Abgas-Sauerstoff) stellt während des mageren A/F-Betriebs jedoch keine fortwährende Information bereit. Statt dessen ist der EGO-Sensor im Wesentlichen ein Schalter mit einem Übergang bei stöchiometrischem A/F. Folglich ist der Motor, wenn er mager arbeitet, bezüglich Rauschfaktoren wie etwa der mit dem Alter in Zusammenhang stehenden Verschlechterung von Komponenten, Herstellschwankungen von Komponenten und Umweltfaktoren nicht robust. Als ein Ergebnis kann sich die Motor-Kraftstoffersparnis und -Fahrbarkeit verschlechtern.
  • Anstrengungen einen mageren Betrieb im offenen Regelkreis zu verbessern, wie zum Beispiel etwa Aoki et al., 4,445,481, verwenden einen Steuer-Korrekturfaktor, erlernt während des Betriebs im geschlossenen Regelkreis bei Stöchiometrie. Ein solches Lernen findet jedoch nicht unter Bedingungen statt die während des mageren Fahrbetriebs bestehen, sondern vielmehr unter anderen Bedingungen, wie etwa sofort nach dem Aufwärmen des Motors. Andere Vorschläge – wie etwa in Uchida et al., 4,913,122, und Hasegawa, 4,498,445, offengelegt – erlernen und speichern eine Mehrzahl von Korrekturfaktoren unter verschiedenen Motorbedingungen im geschlossenen Regelkreis, um verwendet zu werden wenn während des Betriebs im offenen Regelkreis ähnliche Bedingungen auftreten.
  • US-A-S 251 605 beschreibt ein Verfahren zur Regelung einer zu einem Motor gelieferten Luft-Kraftstoff-Mischung in zwei Phasen des Betriebs. Die Regelung schließt einen Abgas-Sauerstoffsensor in dem Abgassystem ein, und in einer ersten Phase des Betriebs arbeitet der Motor im Zustand einer Steuerung. Periodisch bewegt sich die Regelung kurz in eine zweite Phase des Betriebs, wo die Regelung das Luft/Kraftstoff-Verhältlins linear erhöht bis der Sauerstoffsensor den Zustand ändert. Der Betrag, um den sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während dieses Prozesses änderte, wird dann mit einem Nominalwert verglichen, um einen Korrekturfaktor zu berechnen. Der Korrekturfaktor wird dann während dem nächsten Steuerintervall benutzt um das auf die Regelung der Luft/Kraftstoff-Verteilung angewandte Signal zu erhöhen oder zu senken und eine dem Optimum nähere Luft/Kraftstoff-Mischung zu erreichen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein Verfahren bereitgestellt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors zu regeln, das eine Abfolge der folgenden Schritte umfaßt: Betreiben des Motors in einem Kraftstoff-Regelmodus im offenen Regelkreis, worin die Kraftstoffberechnung einen Steuer-Korrekturfaktor einschließt; periodisches Umschalten von diesem Kraftstoff-Regelmodus im offenen Regelkreis zu einem Kraftstoff-Regelmodus im geschlossenen Regelkreis, um den Wert dieses Steuer-Korrekturfaktors zu modifizieren, um Änderungen in Betriebsbedingungen seit dem vorhergehenden Regelbetrieb wiederzuspiegeln; wobei der Motor in Reaktion auf Regler-Initialisierung und Aufwärmen des Motors hin bis zum ersten Auftreten von Eintrittsbedingungen für den Eintritt in den Steuer-Modus bei stöchiometrischem A/F betrieben wird; wobei ein Übergang in den Steuer-Modus oder Modus im offenen Regelkreis in Reaktion auf eine vorherbestimmte Anzahl von EGO-Schaltungen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes vorgenommen wird, oder andernfalls eine Rückkehr in den Regelbetrieb oder Betrieb im geschlossenen Regelkreis vorgenommen wird; und das A/F des Motors mit einer vorherbestimmten Rate zu einem mageren A/F hin erhöht wird und man auf Erreichen eines vorherbestimmten mageren A/F hin auf den Steuer-Modus übergeht.
  • In einem die vorliegende Erfindung verkörpernden System wird ein traditioneller EGO-Sensor in der Art einer Quasi-Regelung verwendet. Ein geführter Luft/Kraftstoff-Modus wird bereitgestellt, welcher von einem stöchiometrischen A/F-Regelmodus zu einem mageren Steuermodus des Betriebs übergeht, wann immer ein Steuerungs-Aktivierungskriterium erfüllt wird. Wenn der magere Modus aktiviert ist wird das A/F des Motors linear auf ein gewünschtes mageres A/F geführt, und während man sich im mageren Modus befindet wird das A/F periodisch linear zu dem stöchimetrischen A/F-Regelmodus zurückgeführt. Die lineare Führung von stöchiometrisch auf mager und von mager auf stöchiometrisch tritt gewöhnlich mit einer niedrigen Geschwindigkeit auf, um jegliche abrupte Änderungen im Drehmoment zu vermeiden. Bei stöchiometrischem Regelbetrieb erlernt ein adaptiver Regelalgorithmus einen langfristigen Korrekturfaktor oder frischt ihn auf, der während des magern A/F-Betriebsmodus im offenen Regelkreis verwendet wird. Die Zeit bei stöchiometrischer Regelung ist gewöhnlich auf die Zeit beschränkt, die es braucht damit die adaptive Strategie abgeschlossen wird. Wenn das Lernen abgeschlossen ist wird das A/F-Verhältnis langsam linear auf das gewünschte magere A/F-Verhältnis zurückgeführt. Während magerem Betrieb werden die bei Stöchiometrie erlernten adaptiven Korrekturen angewandt.
  • Unter anderen Umständen kann eine sofortige Rückkehr auf Stöchiometrie garantiert werden. Tritt zum Beispiel eine EGO-Schaltung vor Erreichen der Stöchiometrie ein, das heißt während der Rampe mit niedriger Geschwindigkeit, so befindet sich im Steuer-Korrekturfaktor ein Fehler und ein Sprung zur geregelten Stöchiometrie ist garantiert. Unter anderen Umständen wird eine Rückkehr auf stöchiometrisch von mager verhindert. Wird zum Beispiel, während man mager arbeitet, eine Schätzung der angenommenen Temperatur des Katalysators während stöchiometrischem Betrieb als oberhalb einer kalibrierbaren Maximaltemperatur gefunden, so wird die Rampe von mager auf stöchiometrisch bis zu einer solchen Zeit deaktiviert, zu der die Temperatur unterhalb die gesetzte Maximaltemperatur fällt. Ob eine Rampe von stöchiometrisch nach mager erlaubt sein wird hängt außerdem von der geschätzten Katalysatortemperatur ab, die aus Betrieb bei magerem A/F unter den bestehenden Drehzahl- und Lastbedingungen resultieren würden.
  • Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • 1 ein Gesamt-Blockdiagramm des Regelsystems der Erfindung ist;
  • 2 ein Graph ist, der die verschiedenen Modi des geführten Kraftstoff/Luft-Modus des gemäß der Erfindung implementierten Motorbetriebs veranschaulicht; und
  • 3a–3e Ablaufdiagramme sind, die den Betrieb einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
  • Unter Bezug auf die Zeichnungen, und anfänglich auf 1, pumpt eine Kraftstoffpumpe 10 nun Kraftstoff von einem Tank 12 durch eine Kraftstoffleitung 14 zu einem Satz von Einspritzungen 16, welche Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor 18 hinein einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzungen 16 sind von herkömmlicher Konstruktion und positioniert um Kraftstoff in ihre zugehörigen Zylinder hinein in genauen Mengen einzuspritzen, wie es durch einen elektronischen Motorregler (EEC, Electroriic Engine Controller; elektronische Motorregelung) 20 bestimmt wird, die über Signalleitung 21 ein Kraftstoffeinspritzungs-Signal zu den Einspritzungen 16 überträgt. Das Kraftstoffeinspritzungs-Signal wird von EEC 20 über die Zeit hinweg variiert, um ein von der EEC 20 bestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis beizubehalten. Der Kraftstofftank 12 enthält flüssige Kraftstoffe, wie etwa Benzin, Methanol oder eine Kombination von Kraftstofftypen. Ein Abgassystem 22, das eine oder mehrere Abgasleitungen und einen bei 24 zu sehenden Abgasflansch umfaßt, transportiert von der Verbrennung einer Luft/Kraftstoff-Mischung in dem Motor erzeugtes Abgas zu einem katalytischen Konverter 26. Der Konverter 26 ist in 1 in einer Querschnittsansicht gezeigt und enthält ein Katalysatormaterial 30 und 32. Der Konverter 26 verändert Abgas chemisch, das durch den Motor erzeugt wird und in dem Konverter durch Abgaseinlaß 34 hindurch eintritt, um ein katalysiertes Abgas zu erzeugen. Ein beheizter Abgas-Sauerstoffsensor (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen, beheizter Abgas-Sauerstoffsensor) 36 detektiert den Sauerstoffgehalt des durch den Motor 18 erzeugten Abgases und überträgt ein repräsentatives Signal über Leiter 40 zu der EEC 20. Obwohl nicht gezeigt wird bevorzugt ein zweiter HEGO-Sensor verwendet, wenn das Fahrzeug einen V-8-Motor besitzt. Noch andere Sensoren, allgemein bei 46 angezeigt, stellen über Leiter 50 zusätzliche Informationen über die Motorleistung zu der EEC 20 bereit; wie etwa Kurbelwellenstellung, Winkelgeschwindigkeit, Drosselklappenstellung, Lufttemperatur, usw. Die Information von diesen Sensoren wird von der EEC 20 benutzt um den Motorbetrieb zu regeln.
  • Ein an der Luftansaugung von Motor 18 positionierter Luftmassenstrom-Sensor 48 detektiert die Menge der in das Ansaugsystem des Motors hinein angesaugten Luft und liefert über Leiter 52 ein Luftstrom-Signal zu der EEC 20. Das Luftstrom-Signal wird von EEC 20 verwendet um einen Luftmasse (AM, Air Mass, Luftmasse) genannten Wert zu berechnen, welcher für eine, in das Ansaugsystem hineinströmende Masse an Luft in lbs/min bezeichnend ist.
  • Die EEC 20 umfaßt einen Mikrocomputer, der einen Zentraleinheit (CPU, Central Processing Unit; Zentraleinheit) 54 einschließt; Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen (UO) 56; Nur-Lese-Speicher (ROM, Read Only Memory; Nur-Lese-Speicher) 58 zur Speicherung von Regelprogrammen; Direktzugriffs-Speicher (RAM, Random Access Memory; Direktzugriffs-Speicher) 60 zur vorübergehenden Datenspeicherung, welcher außerdem für Zähler oder Zeitgeber verwendet werden kann; und Keep-Alive-Speicher (KAM, Keep Alive Memory; Keep-Alive-Speicher) 62 zur Speicherung erlernter Werte. Daten werden wie gezeigt über einen herkömmlichen Datenbus übermittelt.
  • Das in ROM 58 gespeicherte Programm implementiert eine Luft/Kraftstoff-Strategie die in dem Graphen von 2 gezeigt ist. Mehrere Bedingungen vom Typ Drehzahl/Last existieren zur Eingabe in den geführten Luft/Kraftstoff-Modus (MFA). Die meisten von diesen weisen einen Hystereseterm auf, um ein Pendeln um eine Nenndrehzahl zu verhindern. Die Hystereseterme machen es schwerer in den MFA-Modus einzutreten als den Modus zu verlassen. Folglich kommen auf den Eintritt strengere Bedingungen zur Anwendung als auf das Verlassen.
  • Während ein Eintrittsmerker (MFAFLG) auf 1 gesetzt ist, kann der MFA-Modus einen von mehreren Zuständen von MFAMODE = 1 bis MFAMODE = 5 annehmen. Während magerem A/F-Betrieb (MFAMODE = 3) führt das System periodisch linear auf stöchiometrisches A/F (MFAMODE = 5) zurück und arbeit in einem geschlossenen Regelkreis, so daß ein adaptiver Lernprozeß stattfinden kann. Es wird Sorge getragen über lange Zeiträume linear von stöchiometrisch zu mager und von mager zu stöchiometrisch zu führen, so daß der Fahrer keine Minderung im Motordrehmoment wahrnimmt. Die A/F-Änderungen werden über einen Multiplikator MFAMUL linear eingebracht, welcher gleich 0 ist wenn man sich bei stöchiometrischer Regelung befindet, und der gleich 1 ist wenn linear vollständig auf das magere A/F geführt ist.
  • Es gibt drei Wege um vom mager auf stöchiometrisch überzugehen. Wenn die Strategie eine stöchiometrische adaptive Auffrischung fordert, wird MFAMODE = 4 verwendet um eine sehr langsame Rampe in der Größenordnung von 20 Sekunden zu erzielen. Wird ein Austrittskriterium erfüllt während man bei MFAMODE = 3 arbeitet, so wird der MFA-Modus unter Verwendung von MFAMODE = 6 verlassen. Die Prozedur MFAMODE = 6 ist die gleiche wie MFAMODE = 4, außer daß eine schnellere Rampe in der Größenordnung von wenigen Sekunden bereitgestellt wird. Wenn der Fahrer fett gesteuerte Leistung fordert, so wird anstatt einer Rampe ein Sprung zu MFAMODE = 0 verwendet um den MFA-Modus zu verlassen.
  • MFAFLG ist gleich 0 bis die Eintrittsbedingungen in den MFA-Modus erfüllt sind, zu welcher Zeit MFAFLG auf 1 gesetzt wird und der MFAMODE = 0, angezeigt bei 70, sich auf MFAMODE = 1, angezeigt bei 72, ändern kann. Während MFAMODE = 1 findet ein minimales Lernen bei Stöchiometrie statt bevor man mager wird. Ein Verlassen von MFAMODE = 1 zu MFAMODE = 2 hängt vom Auftreten einer minimalen Anzahl von EGO-Schaltungen innerhalb eines vorherbestimmten Zeitintervalls ab. Wenn die Zeit abläuft bevor die minimale Anzahl von EGO-Schaltungen auftritt, dann wird der MFA-Modus auf MFAMODE = 0 zurückgesetzt. Ist das MFA-Eintrittskriterium noch immer erfüllt, so wird der MFA-Modus in der nächsten Programm-Hintergrundschleife wieder auf MFAMODE – 1 gesetzt werden, und das System wird wieder auf die geforderte Anzahl von Schaltungen in der maximal zulässigen Zeit prüfen.
  • Während MFAMODE = 2, angezeigt bei 74, wird das A/F linear von stöchiometrisch auf mager geführt indem der Multiplikatorfaktor jede Hintergrundschleife stufenweise um einen festgelegten Betrag erhöht wird. Diese lineare Führung tritt mit einer niedrigen Geschwindigkeit auf, so daß der Fahrer während der linearen Führung auf mager den Verlust an Drehmoment bei einer gegebenen Drosselklappenstellung nicht fühlt.
  • Während MFAMODE = 3, angezeigt bei 76, läuft die Strategie bei einem stabil mageren A/F, bis – als Ergebnis dessen, daß ein Austrittskriterium des MFA-Modus erfüllt wird – entweder MFAFLG auf Null gesetzt wird, oder bis kalibrierbares Zeitintervall verstreicht. Nachdem das Zeitintervall abgelaufen ist nimmt der MFA-Modus MFAMODE = 4 an, angezeigt bei 78, wo – für eine Auffrischung des Kraftstoff-Korrekturfaktors, der während des nächsten mageren Betriebs verwendet wird, im geschlossenen Regelkreis – eine langsame Rampe zurück auf stöchiometrisch auftritt. Während man sich im MFAMODE = 3 befindet wird eine Katalysatorbett-Mitteltemperatur berechnet, um den Effekt des nächsten Übergangs von magerem zu stöchiometrischem A/F abzuschätzen. Wenn diese vorausgesagte Temperatur eine kalibrierbare. Grenze übersteigt, dann wird der Eintritt zu MFAMODE = 4 verhindert indem man einen Zeitgeber zurücksetzt, der verwendet wird um zu bestimmen ob das normale Zeitintervall für MFAMODE = 3 abgelaufen ist.
  • Während MFAMODE = 4 wird das A/F schrittweise von mager auf stöchiometrisch verringert, indem man den zuvor erwähnten Multiplikatorfaktor jede Hintergrundschleife um einen festgelegten Betrag schrittweise verringert. Wird vor Vervollständigung der Rampe MFAMODE = 4 eine EGO-Schaltung erfahren, so wird MFAMODE = 5 (geregelte Stöchiometrie) ausgewählt. Während MFAMODE = 5, angezeigt bei 80, wird der während magerem Betrieb verwendete Steuer-Korrekturfaktor durch einen adaptierten Lernprozeß im geschlossenen Regelkreis aufgefrischt. Der Lernprozeß setzt sich fort bis innerhalb einer festgelegten Toleranz ein stöchiometrisches A/F erzielt wird, oder bis eine kalibrierbare Anzahl von EGO-Schaltungen detektiert wird.
  • Während MFAMODE = 6, angezeigt bei 82, führt die Strategie linear von mager nach stöchiometrisch, indem der Multiplikatorfaktor jede Hintergrundschleife um einen festgelegten Betrag schrittweise verringert wird. Dieser Modus unterscheidet sich von MFAMODE = 4 darin daß der MFAFLG auf 0 gesetzt wurde und der MFA-Modus verlassen ist. Statt der für MFAMODE = 4 verwendeten sehr langsamen Rampengeschwindigkeiten wird eine schnellere Rampengeschwindigkeit verwendet. Wird eine EGO-Schaltung erfahren bevor der Multiplikator schrittweise auf Null verringert ist, so wird sofort in die geregelte Stöchiometrie eingetreten (MFAMODE = 0).
  • Unter Bezug auf die 3a–3f wird nun ein Ablaufdiagramm von Software gezeigt, welche die in 2 gezeigte Strategie implementiert.
  • Es wird bei 90 in das Programm eingetreten, und bei Block 92 wird auf Grundlage verschiedener Sensorprüfungen eine Entscheidung getroffen ob in den MFA-Modus eingetreten werden kann. Ist ein Versagen des EGO- oder ECT-Sensors detektiert oder der KAM korrumpiert, so wird der Merker MFAFLGOK bei Block 94 auf 0 gesetzt. Andernfalls wird der Merker bei Block 96 auf 1 gesetzt. In jedem Fall wird bei Block 98 eine Berechnung vorgenommen was das magere A/F wäre, wenn bei der gegenwärtigen Motordrehzahl und -last in MFAMODE = 3 eingetreten wird. Die in dieser Berechnung verwendete Formel ist:
    LAMBSE_TRY = 1 + MFALAMADD; wobei
    MFALAMADD = FN1328A(N, PERLOAD) = ein kalibrierter, in einer Tabelle gespeicherter Betrag, welcher zu 1 zu addieren ist um ein gewünschtes Äquivalenzverhältnis (A/F über stöchiometrischem A/F) bei der bestehenden Drehzahl und Last zu erzielen;
    PERLOAD = gegenwärtige Luftstrom dividiert durch Spitzen-Luftstrom bei weit geöffneter Drosselklappe.
  • Weitere Details können aus den U.S.-Patenten 5,029,569 und 5,414,994 erhalten werden, die dem Abtretungsempfänger der vorliegenden Erfindung übereignet sind. Unter Verwendung dieses berechneten A/F wird bei Block 100 die Katalysatortemperatur geschätzt, die resultieren würde wenn in MFAMODE = 3 eingetreten würde; und zwar unter Verwendung der Formel: CATMID_LEAN = (EXT_SS_FLS * FN441A (LAMBSE_TRY)) + FN448(AM) * FN448 (LAMBSE_TRY) – EXT_LS_CIN; wobei
    CATMID LEAN die geschätzte Katalysatortemperatur ist (Grad Fahrenheit);
    EXT_SS_FLS = Abschätzung der Katalysator-Mitteltemperatur (Grad Fahrenheit) bei stöchiometrischem A/F ist;
    FN441A = kalibrierbarer Effekt von A/F auf Abgasflansch-Temperatur (einheitenlos);
    FN448A = kalibrierbarer Effekt von A/F auf die Katalysator-Exotherme (Grad Fahrenheit);
    FN448 = kalibrierbarer Effekt der Luftmasse auf die Katalysator-Exotherme (einheitenlos);
    EXT LS CIN der Temperaturabfall vom Abgasflansch zum Katalysatoreingang ist (Grad Fahrenheit).
  • Weitere Details können ais dem zuvor erwähnten U.S.-Patent 5,414,994 erhalten werden.
  • Die Logik schafft bei den Blöcken 102–108 die Kriterien für Verlassen des MFA-Modus, währende die Logik bei den Blöcken 110–120 die Kriterien für den Eintritt in den MFA-Modus schafft. Wie zuvor angezeigt setzt die Strategie die Eintritts- und Austrittsbedingungen so um es schwieriger zu machen in den MFA-Modus des Betrieb einzutreten als ihn zu verlassen. Bei Block 102 wird Merker MFAFLG auf 0 gesetzt wenn Merker MFAFLGOK Null ist, wie es durch Entscheidungsblock 104 bestimmt wird; oder wenn irgendeiner von mehreren Motorzuständen ein Deaktivierungskriterium erfüllt, wie es durch Entscheidungsblock 106 bestimmt wird; oder wenn die bei Block 100 geschätzte Katalysatortemperatur eine vorherbestimmte Maximaltemperatur übersteigt, wie sie durch Entscheidungsblock 108 bestimmt wird. Motorzustände die auf Schwellenwertverletzungen überwacht werden können die Kühlmitteltemperatur, Drosselklappenstellung, Motordrehzahl, Last, Luftdruck, Fahrzeuggeschwindigkeit und der Getriebegang sein. Bei Block 116 wird MFAFLG auf 1 gesetzt wenn die Aktivierungskriterien erfüllt sind und die geschätzte Katalysatortemperatur im mageren Betrieb niedriger ist als ein vorherbestimmtes Maximum, wie es entsprechend durch die Entscheidungsblöcke 110, 112 und 114 bestimmt wird. Andernfalls wird MFAFLG durch Entscheidungsblock 118 und Block 120 bei MFAFLG = 0 beibehalten.
  • Bei Block 122 wird eine Schätzung der Katalysatortemperatur bei Stöchiometrie unter Verwendung der in Verbindung mit Block 100 beschriebenen Formel berechnet, wo LAMBSE TRY = 1. Wenn MFAFLG = 0 und MFAMODE = 0, so setzt die Logik bei 124–128 den zuvor erwähnten, MFAMU bezeichneten Multiplikationsfaktor auf 0, und das Programm kehrt zu anderen EEC-Hintergrundberechnungen zurück.
  • Ist MFAFLG auf 1 gesetzt, wie durch Block 130 bestimmt, während MFAMODE = 0, wie es durch die Blöcke 132–138 bestimmt ist, so wird bei 140 ein Merker MFA_DONE geprüft. Merker MFA DONE wird hiernach weiter besprochen werden und dient dazu um zu steuern ob sich die Zustandsmaschine auf MFAMODE = 0 folgend zu MFAMODE = 1 oder MFAMODE = 5 begeben sollte. MFA_DONE wird bei Initialisierung auf 0 zurückgesetzt, und das erste Mal wenn MFA DONE geprüft wird geht die Zustandsmaschine, bei Block 142 von MFAMODE = 0 auf MFAMODE = 1 über. Danach geht, während MFA_DONE = 1, die Zustandsmaschine bei Block 148 von MFAMODE = 0 auf MFAMODE = 5 über und ein Zähler MFA5CTR wird auf 0 zurückgesetzt, wenn MFAFLG auf 1 gesetzt wird während MFAMODE =, wie es durch die Blöcke 144–146 bestimmt ist. Wird MFAFLG auf 0 gesetzt während MFAMODE größer als 0 ist, wie es durch die Blöcke 134 und 150 bestimmt wird, so setzt Block 152 MFAMODE = 6. Erfolgt das Setzen des Modus von Block 142, 148 oder 152, so wird in die Auswahllogik in den 3d und 3e eingetreten. Ist MFAMODE = 3, wie in Block 132 bestimmt, so wird bei Block 154 die geschätzte Katalysatortemperatur bei Stöchiometre geprüft, um zu sehen ob MFAMODE = 4 erlaubt ist. Wenn sie weniger als die maximale Katalysatortemperatur beträgt, dann wird in die Auswahllogik in den 3d und 3e eingetreten. Wenn die maximale Temperatur überschritten ist, dann wird bei Block 156 der Zeitgeber MFAMODE = 3 auf 0 zurückgesetzt, und dadurch die Zeit in MFAMODE = 3 über die normale Zeit hinaus ausgedehnt.
  • Unter Bezug auf die 3d und 3e werden nun die in den verschiedenen Modi zu unternehmenden Aktionen gezeigt. Befindet sich die Maschine in MFAMODE = 1, wie durch Block 170 bestimmt, so findet ein minimales Lernen bei Stöchiometrie statt bevor man mager wird, wie es durch die Blöcke 172–184 bestimmt wird. Minimales Lernen erfordert den Betrieb bei Stöchiometrie für eine minimale Anzahl von EGO-Schaltungen zwischen mager und fett innerhalb eines vorherbestimmten maximalen Zeitintervalls. Andernfalls wird der Übergang nach mager vorübergehend aufgegeben. Wenn einer der beiden EGO-Schalter eine Schaltung zwischen fetten und mageren A/F-Verhältnissen seit der vorangegangenen Schleife detektiert, dann wird einer der Blöcke 172 oder 174 wahr sein und ein Zähler MFA1CTR wird wie in Block 176 angezeigt stufenweise erhöht. Auf Eintritt in MFAMODE = 1 bei Block 142 hin wird ein Zeitgeber MFA1TMR auf 0 gesetzt. Wenn Zeitgeber MFA1TMR kleiner oder gleich einem vorherbestimmten Zeitintervall MFA1TIM ist, wie es durch Block 178 bestimmt wird, dann wird bei Block 180 der Zähler MFA1CTR geprüft, um zu sehen ob die minimale Anzahl von Schaltungen aufgetreten ist. Wenn dem so ist wird Merker MFA_DONE bei Block 182 dann auf 1 gesetzt, und Block 184 setzt MFAMODE = 2 und MFAMUL = 0, und das Programm kehrt zu Block 158 zurück (3c) um das Äquivalenzverhältnis wie folgt zu berechnen: Äquivalenzverhältnis = 1 + ((FN1328A(N, PERLOAD) * MFAMUL))
  • Das Äquivalenzverhältnis wird in der Berechnung des gewünschten Kraftstoffstroms wie unten beschrieben benutzt. Wird MFA1TIM erreicht bevor die minimale Anzahl an EGO-Schaltungen auftritt, so setzt Block 186 MFAMODE = 0 und das Programm kehrt zu anderen EEC-Hintergrundberechnungen zurück.
  • Wenn die Zustandsmaschine auf MFAMODE = 2 gesetzt ist, dann wird dieser Zustand beim nächsten Durchlauf durch die Schleife bei Block 190 detektiert. MFAMUL wird bei Block 192 bei jedem Durchlauf durch diese Schleife stufenweise erhöht. MFAMUL wird bei Block 194 geprüft, und wenn geringer als 1 wird das gewünschte Äquivalenzverhältnis bei Block 158 berechnet, um während MFAMODE = 2 von stöchiometrisch auf mager überzugehen. Wenn MFAMUL gleich oder größer als 1 ist, d. h. wenn der Übergang nach mager abgeschlossen wurde, wie es durch Block 194 bestimmt wird, dann setzt Block 196 MFAMODE = 3 und setzt den Zeitgeber MFA3TMR auf 0 zurück; und das Programm fährt bei Block 158 fort das gewünschte Äquivalenzverhältnis zu berechnen.
  • Während sich die Zustandsmaschine in MFAMODE = 3 befindet, wie durch Block 200 bestimmt, wird bei Block 202 ein Zeitgeber MFA3TMR geprüft; und wenn ein vorherbestimmtes Zeitintervall MFA3TIM abgelaufen ist setzt Block 204 MFAMODE = 4 und das Programm fährt bei Block 158 fort. Solange das Zeitintervall nicht abgelaufen ist verbleibt die Zustandsmaschine in MFAMODE = 3, und das Programm fährt bei Block 158 fort das gewünschte Äquivalenzverhältnis zu berechnen.
  • Während sich die Zustandsmaschine in MFAMODE = 4 befindet, wie durch Block 206 bestimmt, wird MFAMUL bei Block 208 bei jedem Durchlauf durch diese Schleife schrittweise verringert., Ist seit der letzten Schleife keine EGO-Schaltung aufgetreten und MFAMUL ist größer als 0, wie es durch die Blöcke 210–214 bestimmt ist, so wird bei Block 158 das gewünschte Äquivalenzverhältnis berechnet um von mager nach stöchiometrisch überzugehen. Wenn MFAMUL gleich oder kleiner als 0 ist, d. h, der Übergang nach stöchiometrisch wurde abgeschlossen, wie es durch Block 214 bestimmt wird, dann setzt Block 216 MFAMODE = 5 und setzt Zähler MFA5CTR auf 0 zurück. Wenn während der Rampe auf stöchiometrisch eine EGO-Schaltung auftritt, wie sie bei den Blöcken 210 oder 212 detektiert wird, dann wird MFAMUL bei Block 218 auf 0 gesetzt, was dazu führt daß die Rampe aufgegeben wird und ein sofortiger Übergang auf MFAMODE = 5 auftritt.
  • Wenn sich die Zustandsmaschine in MFAMODE = 5 befindet, wie es durch Block 220 bestimmt ist, und seit der letzten Schleife keine EGO-Schaltung aufgetreten ist, wie es durch die Blöcke 222 und 224 bestimmt wird, dann findet adaptives Lernen bei Stöchiometrie statt bis ein Steuer-Korrekturfaktor KAMREF ausreichend angepaßt wurde um irgendwelche Meßfehler auszugleichen, die sich seit dem letzten Betrieb im geschlossenen Regelkreis entwickelt haben, so daß diese Fehler die magere Berechnung im offenen Regelkreis nicht beeinträchtigen. Dies wird bei Block 226 bestimmt, welcher das Ergebnis der folgenden Gleichung testet:
    ABS (1 – LAMAVE) <= MFA5LAMTOL; wobei
    LAMAVE der Durchschnitt der beiden jüngsten minimalen und der beiden jüngsten maximalen Kurzzeit-A/F-Korrekturfaktoren im geschlossenen Regelkreis über einen Zyklus von fett nach mager hinweg ist;
    MFA5LAMTOL eine kalibrierte Toleranzzahl ist, die festlegt wie nahe der Stöchiometrie das System getrieben werden muß bevor es wieder mager wird.
  • Wenn der Absolutwert von 1 minus dem Durchschnitt der beiden jüngsten Kurzzeit-A/F-Korrekturfaktoren im offenen Regelkreis kleiner oder gleich der kalibrierten Toleranz ist, dann setzt Block 228 MFAMODE = 2. Nach Setzen von MFAMODE = 2 fährt das Programm zu Block 158 fort.
  • Jedesmal wenn eine EGO-Schaltung auftritt wird der Zähler MFA5CTR bei Block 230 schrittweise erhöht und bei Block 232 mit einer kalibrierbaren Anzahl von Schaltereignissen MFA5SWCT verglichen. Wenn das Lernen nicht abgeschlossen ist, wie durch Block 226 bestimmt, und die maximale Anzahl an Schaltungen nicht aufgetreten ist, dann fährt das Programm bei Block 158 fort. Tritt jedoch die maximale Anzahl von EGO-Schaltungen während des Lernprozesses auf, so wird Block 228 MFAMODE = 2 setzen und zu Block 158 fortfahren.
  • Ist MFAMODE = 6, wie durch den NEIN-Zweig bei Block 220 detektiert, so wird MFAMUL in jeder Schleife bei Block 234 schrittweise verringert. Wenn keine EGO-Schaltung aufgetreten ist, wie es durch Blöcke 236 und 238 bestimmt wird, und MFAMUL nicht kleiner oder gleich 0 ist, wie durch Block 240 bestimmt, dann setzt Block 242 MFAMODE = 0 und das Programm fährt zu Block 158 fort, um das Äquivalenzverhältnis zu berechnen. Andererseits setzt Block 244 MFAMUL = 0 wenn während MFAMODE = 6 eine EGO-Schaltung auftritt, wie es durch Blöcke 236 oder 238 detektiert wird, und Das Programm fährt über den JA-Zweig von Block 240 zu Block 158 fort.
  • Kehrt man zu 3c zurück, so wird bei Block 158 das Äquivalenzverhältnis berechnet. Das Äquivalenzverhältnis ist die in Tabelle FN1328A nachgeschlagene Zahl multipliziert mit MFAMUL und zu 1 hinzuaddiert. Das Verhältnis wird bei Block 160 geprüft, und die für stöchiometrischen Regel-Betrieb benötigte Kraftstoffmasse wird bei Block 162 berechnet wenn das Verhältnis gleich 1 ist. Andernfalls wird bei 164 die für mageren Steuer-Betrieb benötigte Kraftstoffmasse berechnet und das Programm kehrt zu anderen EEC-Hintergrundberechnungen zurück.
  • Die Kraftstoffmassen-Berechnung für den geschlossenen Regelkreis wird zum Lernen während MFAMODE = 5 oder MFAMODE = 1 benutzt, oder wann immer den MFA deaktiviertende Bedingungen herrschen, kann aber auch benutzt werden wenn bei relativ hohen prozentualen Lastbedingungen MFAMODE = 3 ist, wo ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht die erforderliche Leistung liefern würde. Dies kann erreicht werden indem man in Tabelle FN1328A an diesen Drehzahl- und Lastbedingungen 0 einträgt.
  • Der benötigte Regel-Kraftstoffstrom kann ausgedrückt werden als: Kraftstoffmasse = (Luftmasse * KAMREF)/(Äquivalenzverhältnis * LAMAVE)
  • Aus dieser Kraftstoffmassen-Berechnung kann auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristikfunktion eine Kraftstoff-Pulsweite bestimmt werden. Ein Beispiel der Auffrischung von KAMREF ist es anzunehmen daß ein Fehler von –10% in der Luftmassen-Messung besteht und daß KAMREF anfänglich auf 1 gesetzt ist und MFA5LAMTOL gleich 0,2 ist. In einer Rückführungsregelung wird der Kurzzeit-Korrekturfaktor LAMAVE auf 0,9 getrieben werden um stöchimetrisches A/F zu erzielen. Dies wird sehr schnell geschehen weil das Rückführungssystem konstruiert ist um die Kraftstoff-Pulsweite linear so weit zu führen wie es erforderlich ist um EGO-Schaltungen zu erzielen. Der Langzeit-Trimm, KAMREF, wird auf die Tatsache reagieren daß LAMAVE fortwährend gleich ungefähr 0,9 ist. Er wird absichtlich mit einer niedrigen Geschwindigkeit erlernt, so daß er wahre Fehler von Rauschen differenzieren kann, wie jenem das auf Transienten hin auftritt. In diesem Falle wird KAMREF schließlich ungefähr gleich 1,11 (1/0,9). Wenn dies auftritt wird LAMAVE ungefähr gleich 1,0 und der bei Block 226 evaluierte Ausdruck wird wahr sein, und die lineare Führung nach mager (MFAMODE = 2) sollte beginnen.
  • Der erforderliche Steuer-Kraftstoffstrom kann ausgedrückt werden als: Kraftstoffmasse = (Luftmasse * KAMREF)/Äquivalenzverhältnis
  • Man bemerke daß der Kurzzeit-Korrekturfaktor LAMAVE in der Steuer-Berechnung nicht benutzt wird. Der Langzeit-Korrekturfaktor KAMREF wird jedoch verwendet um das gewünschte magere A/F genau zu erzielen.

Claims (9)

  1. Ein Verfahren um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors mittels einer elektronischen Motorregelung zu regeln, das eine Abfolge der folgenden Schritte umfaßt: Betreiben des Motors in einem Kraftstoff-Regelmodus im offenen Regelkreis, worin die Kraftstoffberechnung einen Steuer-Korrekturfaktor einschließt; periodisches Umschalten von diesem Kraftstoff-Regelmodus im offenen Regelkreis zu einem Kraftstoff-Regelmodus im geschlossenen Regelkreis, um den Wert dieses Steuer-Korrekturfaktors zu modifizieren, um Änderungen in Betriebsbedingungen seit dem vorhergehenden Regelbetrieb wiederzuspiegeln; wobei der Motor in Reaktion auf Regler-Initialisierung und Aufwärmen des Motors hin bis zum ersten Auftreten von Eintrittsbedingungen für den Eintritt in den Modus im offenen Regelkreis bei stöchiometrischem A/F betrieben wird; wobei ein Übergang in den Steuer-Modus oder Modus im offenen Regelkreis in Reaktion auf eine vorherbestimmte Anzahl von EGO-Schaltungen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes vorgenommen wird, oder andernfalls eine Rückkehr in den Regelbetrieb oder Betrieb im geschlossenen Regelkreis vorgenommen wird; und das A/F des Motors mit einer vorherbestimmten Rate zu einem mageren A/F hin erhöht wird und man auf Erreichen eines vorherbestimmten mageren A/F hin auf den Steuer-Modus übergeht.
  2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem der Betrieb dieses Motors in diesem Regelmodus im geschlossenen Regelkreis abgebrochen wird und eine Rückkehr zu diesem Kraftstoff-Regelmodus im offenen Regelkreis eingeleitet wird, sobald eine vorherbestimmte Bedingung des Betriebs im geschlossenen Regelkreis erfüllt ist.
  3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin die Schritte umfaßt das A/F während eines Übergangs zwischen einem mageren A/F und diesem stöchiometrischen A/F in Inkrementen zu , modifizieren-, um schnelle Änderungen im Motordrehmoment zu vermeiden.
  4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3 das die weiteren Schritte der Abschätzung einer Regel-Katalysatortemperatur umfaßt während man sich in diesem Steuermodus befindet; und des Hemmens eines Übergangs zu diesem Regelmodus, wenn die geschätzte Katalysatortemperatur eine vorherbestimmte maximale Katalysatortemperatur im geschlossenen Regelkreis übersteigt.
  5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das den Schritt umfaßt sofort zu diesem Regelmodus umzuschalten, wenn während einem Übergang zu stöchiometrischem A/F im offenen Regelkreis ein fettes A/F detektiert wird.
  6. Ein Verfahren gemäß Ansprch 2, in dem diese vorherbestimmte Bedingung des Regelbetriebs ist daß dieses stöchiometrische Verhältnis innerhalb einer vorherbestimmten Toleranz erzielt wird.
  7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, in dem diese vorherbestimmte Bedingung des Regelbetriebs ist daß eine vorherbestimmte Anzahl an Schaltungen zwischen einem fetten A/F und einem mageren A/F detektiert wird, bevor man ein A/F innerhalb einer vorherbestimmten Toleranz dieses stöchiometrischen Verhältnisses erzielt.
  8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das Motor-A/F in Reaktion auf vorherbestimmte Austrittsbedingungen hin mit einer zweiten vorherbestimmten Geschwindigkeit, welche diese erste vorherbestimmte Geschwindigkeit übersteigt, zur Stöchiometrie hin vermindert wird.
  9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, in dem auf Detektion einer EGO-Schaltung während der Verminderung des Motor-A/F mit dieser zweiten Geschwindigkeit hin eine Schaltung zu einem geregelten stöchiometrischen A/F vorgenommen wird.
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