DE102005048799A1

DE102005048799A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kraftstoffregelung

Info

Publication number: DE102005048799A1
Application number: DE102005048799A
Authority: DE
Inventors: Vincent A. Northville White
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: US7082935B2; CN100529368C; CN1760523A; US20060081231A1; DE102005048799B4

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor eines Fahrzeugs. Von dem Sensor, der das Motorabgas abtastet, wird ein Rückführsignal empfangen. Auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor steuert, wird ein Zittersignal angewendet, das dieselbe Frequenz wie das Rückführsignal besitzt. Das Kraftstoffsteuersignal wird auf der Grundlage der Frequenz einer Proportional-Integral-Korrektur unterzogen.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeug-Kraftstoffsteuerungssysteme und insbesondere auf solche, die eine Regelung umfassen.

Bei Fahrzeug-Kraftstoffsteuerungssystemen ist gewöhnlich eine Regelung beteiligt, die das Verhältnis der Luft zu Kraftstoff, die an einen Motor geliefert werden, steuert. Im Allgemeinen erfasst ein Abgas-Sauerstoffsensor den Sauerstoffgehalt im Motorabgas. Ein Fahrzeug-Steuermodul kann den Kraftstoff für den Motor fortlaufend anhand der Sauerstoffgehaltinformationen einstellen.

Die Kraftstoffregelung kann auf einem Sauerstoffsensor des Typs Schalter oder alternativ auf einem teureren Proportional-Sensor, der Informationen über das proportionale Äquivalenzverhältnis (ER, equivalence ratio) liefert, basieren. Der Schalter-Sensor wechselt im Wesentlichen zwischen einem Tiefpegelzustand und einem Hochpegelzustand, wenn das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen schmalen Bereich um einen stöchiometrischen Einstellpunkt des Sensors überschreitet oder unterschreitet. Das Signal des Schalter-Sensors kann somit angeben, ob der Abgasstrom in der Stöchiometrie fett oder mager ist. Anders als der Proportional-Sensor kann der Schalter-Sensor Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereiche effektiv nicht effektiv erfassen. Wegen dieses Fehlens an Informationen bezüglich des proportionalen ER werden Schalter-Sensoren im Allgemeinen in Verbindung mit Integral-Regelungsalgorithmen verwendet.

Die Erfindung ist in einer Ausführung auf ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor eines Fahrzeugs gerichtet. Von einem Sensor, der das Motorabgas abtastet, wird ein Rückführsignal empfangen. Auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor steuert, wird ein Zittersignal angewendet, das eine Frequenz besitzt, die im Wesentlichen gleich der Frequenz des Rückführsignals ist. Das Kraftstoffsteuersignal wird auf der Grundlage der Zittersignalfrequenz einer Proportional-Integral-Korrektur unterzogen.

In einer anderen Konfiguration umfasst das System zum Steuern der Kraftstofflieferung an einen Fahrzeugmotor einen Sensor, der das Abgas vom Motor abtastet. Ein Steuermodul gibt ein Kraftstoffsteuersignal aus, das den Kraftstoff für den Motor auf der Grundlage eines Rückführsignals vom Sensor steuert. Das Steuermodul wendet auf das Kraftstoffsteuersignal ein Zittersignal an, das in Reaktion auf das Rückführsignal oszilliert, und korrigiert das Kraftstoffsteuersignal, wenn die Oszillationsperiode des Zittersignals einen Grenzzyklus des Zittersignals übersteigt.

In einer weiteren Ausführung ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor eines Fahrzeugs gerichtet. Von einem Sensor, der das Motorabgas abtastet, wird ein Rückführsignal empfangen. Auf der Grundlage des Rückführsignals wird auf das Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor steuert, ein Zittersignal angewendet. Ein Zeitfehlerzähler wird verändert, wenn eine Oszillationsperiode des Zittersignals einen Grenzzyklus des Zittersignals übersteigt. Das Kraftstoffsteuersignal wird anhand des veränderten Zählers korrigiert.

In einer weiteren Konfiguration umfasst ein System zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor eines Fahrzeugs einen Sensor, der das Abgas vom Motor abtastet. Ein Steuermodul gibt ein Kraftstoffsteuersignal aus, das den Kraftstoff für den Motor auf der Grundlage eines Rückführ signals vom Sensor steuert. Das Steuermodul wendet auf das Kraftstoffsteuersignal ein Zittersignal an, das in Reaktion auf das Rückführsignal oszilliert, und verändert auf der Grundlage der Oszillationsperiode des Zittersignals einen Zeitfehlerzähler. Das Steuermodul verwendet den veränderten Zähler, um eine Proportional-Integral-Korrektur zu bestimmen, und wendet die Korrektur auf das Kraftstoffsteuersignal an.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 einen funktionalen Blockschaltplan eines Systems zum Steuern der Kraftstoffabgabe an einen Fahrzeugmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren der Kraftstoffregelung gemäß einer Ausführung der Erfindung veranschaulicht.
Der Begriff "Modul" und/oder "Vorrichtung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine Schaltung für kombinatorische Logik oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität besitzen. Verschiedene Konfigurationen der Erfindung sind hier unter Bezugnahme auf einen Sauerstoffsensor des Typs Schalter beschrieben. Es sei jedoch hervorgehoben, dass die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Sensortypen einschließlich eines Sensors, der Informationen über das proportionale Äquivalenzverhältnis liefert, genutzt werden kann.
In 1 ist ein Fahrzeug, das ein Kraftstoffregelsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält, allgemein mit dem Bezugszeichen 20 angegeben. Aus einem Kraftstofftank 26 wird über eine Kraftstoffleitung 30 und mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 32 Kraftstoff an einen Motor 22 geliefert. Über einen Einlasskrümmer 34 wird Luft an den Motor 22 geliefert. Eine elektronische Drosselklappen-Steuereinrichtung (ETC, electronic throttle controller) 36 stellt eine Drosselklappe 38, die sich in der Nähe eines Einlasses des Einlasskrümmers 34 befindet, auf der Grundlage der Stellung eines Fahr- bzw. Gaspedals 40 und eines durch ein Steuermodul 42 ausgeführten Drosselklappen-Steueralgorithmus ein. Beim Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 20 kann das Steuermodul 42 ein Sensorsignal 44 verwenden, das den Druck des Einlasskrümmers 34 angibt. Das Steuermodul kann außerdem ein Sensorsignal 46, das den Massenluftdurchfluss, der hinter der Drosselklappe 38 in den Einlasskrümmer 34 eintritt, angibt, ein Signal 48, das die Lufttemperatur im Einlasskrümmer 34 angibt, und ein Drosselklappenstellungssignal 50, das den Öffnungsgrad der Drosselklappe 38 angibt, verwenden.
Der Motor 22 umfasst mehrere Zylinder 52, die von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 32 Kraftstoff empfangen, um eine Kurbelwelle 58 anzutreiben. Dampf aus dem Kraftstofftank 26 wird in einem Aktivkohlespeicherbehälter 60 gesammelt. Der Behälter 60 kann durch ein Entlüftungsventil 62 an die Luft entlüftet werden. Der Behälter 60 kann durch ein Spülventil 64 gespült werden. Wenn aus dem Behälter 60 Dampf gespült wird, wird er in den Einlasskrümmer 34 geliefert und in den Motorzylindern 52 verbrannt. Das Steuermodul 42 steuert den Betrieb des Entlüftungsventils 62, des Spülventils 62, der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 32 und des Zündsystems 54. Das Steuermodul 42 ist außerdem mit einem Fahrpedalsensor 66 verbunden, der eine Stellung des Fahrpedals 40 erfasst und ein Signal an das Steuermodul 42 sendet, das die Pedalstellung repräsentiert.
Ein Katalysator 68 empfängt Abgas vom Motor 22 über einen Abgaskrümmer 70. Ein Abgassensor 72 fühlt das Abgas im Krümmer 70 ab und schickt ein Signal an das Steuermodul 42, das beispielsweise angibt, ob das Abgas mager oder fett ist. Wie weiter unten beschrieben wird, wird die Signalausgabe des Abgassensors 72 vom Steuermodul 42 als Rückkopplung nach Art einer Regelung verwendet, um die Kraftstoffabgabe an den Motor 22, z. B. über die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 32, zu regeln.
In einer Ausführung der Erfindung empfängt das Steuermodul 42 das Rückführsignal vom Abgassensor 72 und wendet auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 32 steuert, ein Zittersignal an, das ein gesteuertes Störsignal ist. In einer beispielhaften Konfiguration besitzt das Kraftstoffsteuersignal einen Steuerungseinstellpunkt, der einem stöchiometrischen Verhältnis entspricht oder nahezu entspricht. Das Zittersignal kann durch Subtrahieren der Zitteramplitude vom Kraftstoffsteuersignal, wenn das Abgassensorsignal den Steuerungseinstellpunkt überschreitet, und durch Addieren der Zitteramplitude zum Kraftstoffsteuersignal, wenn das Abgassensorsignal den Steuerungseinstellpunkt unterschreitet, gebildet werden. Das Zittersignal besitzt im Wesentlichen dieselbe Frequenz wie das Rückführsignal. Das Steuermodul 42 unterzieht das Kraftstoffsteuersignal auf der Grundlage der Frequenz einer Proportional-Integral-Korrektur.
Wenn das Zittersignal auf das Kraftstoffsteuersignal angewendet wird, erzwingt es, dass das Äquivalenzverhältnis (ER) des Motorabgases um einen stöchiometrischen ER-Steuerungseinstellpunkt des Sensors 72 oszilliert. Diese Oszillationen neigen dazu, klein genug zu sein, dass sie die Leistung des Motors 22 nicht beeinflussen. Während stationärer Zeitintervalle folgt die Oszillation des Zittersignals einem Grenzzyklus, der auf Fahrzeugparametern wie etwa der Motordrehzahl, der Abgastransportzeit und/oder der Reaktionszeit des Sensors 72 basiert. Folglich ist der Grenzzyklus unter stationären Bedingungen, z. B. wenn durch den Sensor 72 keine transienten Fehler signalisiert werden, wiederholbar.
Das Steuermodul 42 inkrementiert oder dekrementiert einen Zeitfehlerzähler entsprechend der Oszillationsperiode des Zittersignals. Anhand des veränderten Zählers wendet das Steuermodul 42 auf das Kraftstoffsteuersignal ein Proportional-Integral-(PI)-Korrektursignal an. Wenn beispielsweise ein transienter Fehler auftritt, kann sich die Oszillationsfrequenz des Motorabgas-ER verlangsamen. De Wert des Zeitfehlerzählers spiegelt ein solches Verlangsamen wider. Das Steuermodul 42 verwendet den Zählerwert, um eine Proportional-Korrektur anzuwenden. Das Steuermodul 42 wendet die Korrektur auf das Kraftstoffsteuersignal an, das seinerseits das Motor-ER beeinflusst.
Das Steuermodul 42 führt außerdem eine Integral-Regelung bezüglich des Kraftstoffsteuersignals aus. Während stationärer Bedingungen wird durch den Zittersignal-Grenzzyklus eine Korrekturrate für Intergral-Regelung festgelegt. Wenn ein transienter Fehler auftritt, nimmt die Rate der Integral-Korrektur mit dem Zeitfehlerzähler proportional zu.
Mit Bezug auf ein Zeitdiagramm, das in 2 allgemein durch das Bezugszeichen angegeben ist, wird nun eine Konfiguration der Erfindung beschrieben. Die Linie 108 repräsentiert ein Rückführsignal vom Abgassensor 72 an das Steuermodul 42. Das Sensorrückführsignal 108 schwankt um einen Sensor-Steuerungseinstellpunkt 112, durch den der Sensor 72 ein stöchiometrisches Äquivalenzverhältnis angibt. Das Steuermodul 42 gibt ein Zittersignal 116 aus, das während stationärer Zeitintervalle automatisch einen Grenzzyklus 120 erreicht, der auf Fahrzeugparametern wie etwa der Motordrehzahl, der Abgastransportzeit und/oder der Sensorreaktionszeit basiert. Das Zittersignal 116 erzwingt, dass das Motorabgas-Äquivalenzverhältnis, das durch die Linie 124 angegeben ist, um den Steuerungseinstellpunkt 112 des Sensors 72 oszilliert. Die rechte Achse 128 gibt das Motor-Äquivalenzverhältnis 124 in Äquivalenzverhältnis-Einheiten an. Die linken Achsen 130, 132 und 134 geben das Zittersignal 116, eine Proportional-Korrektur 138 und eine Integral-Korrektur 142 in Äquivalenzverhältnis-Einheiten an.
Das Steuermodul 42 unterhält einen Zeitfehlerzähler, der durch die Linie 150 angegeben ist. Wenn das Zittersignal 116 in Reaktion auf Einstellpunktüberquerungen durch das Sensorsignal 108 auf Hochpegel oder Tiefpegel gebracht wird, wird der Zähler 150 auf null zurückgesetzt und danach bis zu einem nachträglichen Ansteigen oder Abfallen des Zittersignals 116 inkrementiert. Somit folgt der Fehlerzähler 150 einem Oszillationszyklus des Zittersignals 116. Das Steuermodul 42 verwendet den Zähler 150, um die Proportional-Korrektur 138 zu bestimmen, wie an sich bekannt ist. Das Steuermodul 42 bestimmt anhand des Zählers 150 außerdem die Integral-Korrektur 142. Während stationärer Intervalle, z. B. während der Intervalle 158 und 160, oszilliert die Integral-Korrektur 142 mit der Grenzfrequenz des Zittersignals 116. Wenn der Zeitfehlerzähler 150 einen Fehler durch den Sensor 72, z. B. während des Intervalls 162, angibt, nimmt die Rate der Integral-Korrektur mit dem Zähler 150 proportional zu.
Konfigurationen des oben dargelegten Kraftstoffsteuerungssystems ermöglichen die Aufnahme einer Kraftstoffsteuerung mit Proportional-Regelung und verbesserter Integral-Regelung in Emissionssteuerungssys teme unter Verwendung eines Sauerstoffsensors des Typs Schalters. Die Grenzfrequenz des oben beschriebenen Zittersignals ist unter stationären Bedingungen genau wiederholbar. Eine Fahrzeug-Emissionssteuerung kann somit durch Verwendung der obigen Konfigurationen in Verbindung mit einem Sensor, der preiswerter als ein Proportional-Sensor ist, verbessert werden.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor eines Fahrzeugs. Von einem Sensor, der das Motorabgas abtastet, wird ein Rückführsignal empfangen. Auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor steuert, wird ein Zittersignal angewendet, das dieselbe Frequenz wie das Rückführsignal besitzt. Das Kraftstoffsteuersignal wird auf der Grundlage der Frequenz einer Proportional-Integral-Korrektur unterzogen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffeingabe in einen Motor (22) eines Fahrzeugs (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen eines Rückführsignals von einem Sensor (72), der ein Motorabgas abtastet; Anwenden eines Zittersignals, das eine Frequenz besitzt, die im Wesentlichen gleich der Frequenz des Rückführsignals ist, auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor (22) steuert; und Anwenden einer Proportional-Integral-Korrektur auf das Kraftstoffsteuersignal auf der Grundlage der Zittersignalfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zittersignalfrequenz während eines stationären Intervalls eine Grenzfrequenz für das Zittersignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte, in denen das Zittersignal und die Proportional-Integral-Korrektur angewendet werden, ausgeführt werden, um zu erzwingen, dass ein Äquivalenzverhältnis des Motorabgases um einen Steuerungseinstellpunkt des Sensors (72) oszilliert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwenden einer Proportional-Integral-Korrektur die folgenden Schritte umfasst: Setzen einer Rate der Integral-Korrektur während eines stationären Intervalls auf der Grundlage eines Grenzzyklus des Zittersignals; und proportionales Erhöhen der Integral-Korrekturrate in Reaktion auf einen transienten Fehler des Sensors (72).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwenden des Zittersignals das zeitliche Steuern einer Stufe des Zittersignals in der Weise, dass sie mit einem Durchgang des Rückführsignals durch einen Steuerungseinstellpunkt des Sensors (72) zusammenfällt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zittersignal einen Grenzzyklus erreicht, der auf der Motordrehzahl, der Abgastransportzeit und/oder der Reaktionszeit des Sensors (72) basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwenden einer Proportional-Integral-Korrektur die folgenden Schritte umfasst: Verändern eines Fehlerzählers (150) auf der Grundlage der Zittersignalfrequenz; und Anwenden der Proportional-Integral-Korrektur auf der Grundlage des Fehlerzählers (150).
System zum Steuern der Kraftstofflieferung an einen Fahrzeugmotor (22), das umfasst: einen Sensor (72), der Abgas vom Motor (22) abtastet; und ein Steuermodul (42), das ein Kraftstoffsteuersignal ausgibt, das den Kraftstoff für den Motor (22) anhand eines Rückführsignals vom Sensor (72) steuert, wobei das Steuermodul (42): auf das Kraftstoffsteuersignal ein Zittersignal anwendet, das in Reaktion auf das Rückführsignal oszilliert, und das Kraftstoffsteuersignal korrigiert, wenn eine Oszillationsperiode des Zittersignals einen Grenzzyklus des Zittersignals überschreitet.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (42) das Kraftstoffsteuersignal mittels einer Proportional-Integral-Korrektur korrigiert.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das das Steuermodul (42): auf der Grundlage der Zittersignaloszillationsperiode einen Fehlerzähler (150) verändert; und ein Proportional-Integral-Korrektursignal auf der Grundlage des veränderten Fehlerzählers (150) auf das Kraftstoffsteuersignal anwendet.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Proportional-Integral-Korrektursignals zunimmt, während der Fehlerzähler (150) durch das Steuermodul (42) verändert wird.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (72) aus der Gruppe gewählt ist, die einen Schalter-Sensor und einen Proportional-Sensor umfasst.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zittersignal einen Grenzzyklus erreicht, der auf der Motordrehzahl, der Abgastransportzeit und/oder der Reaktionszeit des Sensors (72) basiert.
Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor (22) eines Fahrzeugs (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen eines Rückführsignals von einem Sensor (72), der das Motorabgas abtastet; Anwenden eines Zittersignals auf ein Kraftstoffsteuersignal, das den Kraftstoff für den Motor (22) steuert, auf der Grundlage des Rückführsignals; und Verändern eine Zeitfehlerzählers (150), wenn die Oszillationsperiode des Zittersignals einen Grenzzyklus des Zittersignals überschreitet; und Korrigieren des Kraftstoffsteuersignals auf der Grundlage des veränderten Zählers.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren eine Proportional-Korrektur und/oder eine Integral-Korrektur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Schritte: Setzen einer Rate der Integral-Korrektur während eines stationären Intervalls auf der Grundlage des Grenzzyklus; und proportionales Erhöhen der Integral-Korrekturrate in Reaktion auf einen transienten Fehler des Sensors (72).
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Anwenden des Zittersignals mit einer Frequenz, die gleich der Frequenz des Rückführsignals ist.
System zum Steuern der Kraftstoffeingabe in einen Motor (22) eines Fahrzeugs (20), wobei das System umfasst: einen Sensor (72), der Abgas vom Motor (22) abtastet; und ein Steuermodul (42), das ein Kraftstoffsteuersignal ausgibt, das den Kraftstoff für den Motor (22) anhand eines Rückführsignals vom Sensor (72) steuert, wobei das Steuermodul (42): auf das Kraftstoffsteuersignal ein Zittersignal anwendet, das in Reaktion auf das Rückführsignal oszilliert, einen Zeitfehlerzähler (150) auf der Grundlage der Oszillationsperiode des Zittersignals verändert; den veränderten Zähler (150) verwendet, um eine Proportional-Integral-Korrektur zu bestimmen, und die Korrektur auf das Kraftstoffsteuersignal anwendet.