Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ei nstel 1 system für in Kraftfahr¬ zeugen zu überwachende Größen. Der Begriff "Ei nstel! s stem" wird hierbei als Sammelbegriff für "Steuerungssystem" (Open Loop Control) und für "Regelungssystem" (Closed Loop Con¬ trol) verwendet. Entsprechend wird der Begriff "Ei nstel 1 ei n- heit" als Sammelbegriff für "Steuereinheit" und "Regelein¬ heit" und der Begriff " Ei nstel 1 strecke" für "Steuerstrecke" und "Regelstrecke" verwendet. Der Begriff "Einheit" ist grundsätzlich im Sinne einer Funktionseinheit zu verstehen. Eine Steuereinheit und eine Regeleinheit brauchen also keine gesonderten Baugruppen zu sein, sondern sie können, wie heute in der Kraftfahrzeugtechnik allgemein üblich, durch Funktionen eines Mikroprozessors realisiert sein.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Einstellen der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge in solcher Wei¬ se, daß ein gewünschter Lambda-Wert möglichst genau erreicht wird.

Der Stand der Technik wird nun ausgehend von Fig. 1 darge¬ stellt, die ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftstoffmen- gen-Ei nstel 1 anordnung ist, wie sie aus der DE-C2-24 57 436 bekannt ist.

Bei der bekannten Anordnung besteht das Einstel ! system aus einer einzigen Einstel 1 ei nhei , die als kombinierte Steuer/ Regel -Einheit ausgebildet ist. Dieser Steuer/Regel -Ei nhe t ^• werden von einer Sensoranordnung 11 Signale zugeleitet, und zwar das Signal eines Drehzahl sensors und das Signal eines Drossel kl appensensors . Aus diesen Signalen läßt sich das vom zugehörigen Motor angesaugte Luftvolumen bestimmen. Aus die¬ sem Luftvolumen berechnet die Steuer/Regel -Einhei t eine zuge¬ hörige Kraftstoffmenge und bestimmt den Wert einer Stell¬ größe, die einer Kraftstoff-Einspritzpumpe 12 zugeleitet wird. Die Stellgröße wird aus einem Drossel kl appen/Drehzahl - kennlinienfeld vorbestimmt und durch einen multiplikativen Faktor modifiziert, der von der Differenz zwischen einem für die Regeleinheit festgelegten Lambda-Sol Iwert und einem Lambda- Istwert abhängt, wie er von einer als Ausgangssensor wirkenden Lambda-Sonde 13 an die regelnde Ei nstell ei nhei t 10 abgegeben wird.

Es liegt somit eine Steuerung mit anschl-i eßender Regelung vor, durch die der Wert der Stellgröße dem Wert der vom Dreh¬ zahlsensor und vom Drossel kl appensensor abgegebenen Signale folgt. Die Steuerung hat ein sehr schnelles Ansprechverhai - ten, da eine Änderung der Signale vom Drehzahl sensor und/ oder Drossel kl appensensor direkt in eine geänderte Stellgrös- se umgesetzt wird. Ob diese schnelle Umsetzung richtig war, zeigt sich jedoch erst dann, wenn die Lambda-Sonde 13 den neuen Lambda-Istwert rückmeldet. Dies geschieht mit einer Einschwingdauer von etwa einer halben Sekunde bis zu einigen Sekunden. Wird aufgrund der Messung der La bda-Sonden-Anord- nung eine Abweichung zwischn Lambda-Sol Iwert und Lambda-Ist- wert festgestellt, wird der mul ti pl i kati ve Faktor zum Berech¬ nen der Stellgröße vom regelnden Teil der Einstel! ei nhe t 10 neu bestimmt.

Bei der bekannten Anordnung besteht z. B. das Problem, daß mit Hilfe des Drehzahl sensors und des Drossel kl appensensors das Luftvolumen, jedoch nicht die Luftmasse bestimmt wird, auf die es eigentlich für das Zumessen der Kraftstoffmenge

ankommt. Als Sensoranordnungen werden im Stand der Technik daher auch Luftmassensensoren in Form von Hi tzdrahtl uftmas- sensensoren oder Hei ßfi ! m! uftmassensensoren verwendet. Diese erlauben ein recht genaues Bestimmen der Luftmasse.

Dem Vorteil von Luftmassensensoren in bezug auf die Meßge¬ nauigkeit der eigentlich zu überwachenden Größe, stehen je¬ doch auch Nachteile gegenüber. Hei ßfi 1 ml uftmassensensoren können zwar billig und robust hergestellt werden, jedoch arbeiten sie dann verhältnismäßig langsam.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung l iegt die Aufgabe zugrunde, ein Ei nstel 1 system anzugeben, das schneller und genauer einstellt als das ein¬ gangs genannte.

Ein erfindungsgemäßes Ei nstel 1 system verfügt nicht nur über eine einzige Ei nstel 1 ei nhei ^' t, wie beim Stand der Technik vor¬ handen, sondern über zwei Ei nstel 1 ei nhei ten . Dabei gibt die erste Ei nstel 1 ei nhei t das Stellsignal an- die ^* Ei nstel 1 strecke ab, während die zweite Ei nstel 1 ei nhei t dazu dient, die erste Ei nstel 1 ei nhei t zu kalibrieren. Die zweite Ei nstel 1 ei nhei t ist zum Zusammenschalten mit einer zweiten Sensoranordnung vorgesehen, die zwar langsamer, aber genauer mißt als eine erste Sensoranordnung, die mit der ersten Einstelleinheit zusammengeschaltet ist. Die erste Ei nstel 1 ei nhei t kann da¬ durch auf Änderungen, wie sie von der ersten Sensoranordnung gemeldet werden, sehr schnell reagieren. Die auf diese Weise schnell ermittelte erste Stellgröße wird mit einer von der zweiten Steuereinheit langsamer, jedoch genauer ermittelten zweiten Stellgröße verglichen. Wird eine Abweichung festge¬ stellt, wird die erste Stellgröße so verändert, daß sich die Abweichung in Richtung Null bewegt. Dadurch kann das Gesamt¬ system schnell und dennoch genau auf Änderungen in den Ein¬ gangsgrößen reagieren. Soll die erste Stellgröße auch noch in Abhängigkeit einer Ausgangsgröße festgelegt werden, wird einer der beiden Ei nstel 1 ei nhei ten das Signal von einem Aus-

gangssensor zugeleitet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Ei nstel! ei nheit eine Steuereinheit, die Signale von einem Drehzahl sensor und einem Drossel kl appensensor erhält, um dar¬ aus ein Luftvolumen, daraus eine Luftmasse und daraus wieder¬ um eine erst Stellgröße zu bestimmen, die die Menge an Kraft¬ stoff festlegt, die der Luftmasse zuzusetzen ist, um einen gewünschten Lambda-Wert zu erhalten. Die zweite Einstellein¬ heit ist ebenfalls eine Steuereinheit, der jedoch das Signal von einem Hei ßfi Im! uftmassensensor zugeführt wird, der ein genaueres Bestimmen der Luftmasse ermöglicht, als.es aus Drehzahl und Drossel kl appenstel 1 ung möglich ist. Das Zeitver¬ halten dieser zweiten Sensoranordnung ist jedoch langsamer als das der ersten Sensoranordnung, wie oben beschrieben. Aus dem Signal vom Heißfil ml uf massensensor bestimmt die zweite Steuereinheit eine zweite Stellgröße, die eine Bemes¬ sung für die Kraftstoffmenge darstellt. Diese Stellgröße wird jedoch der Kraftstoff-Einspritzpumpe nicht zugeführt, sondern sie wird, wie oben für den allgemeinen Fall beschrie¬ ben, zum Kalibrieren der ersten Ei nstel 1 ei nhei t verwendet.

Die Kal brierungswerte können z. B. in einem Kennfeld für unterschiedl che Betriebspunkte unterschiedlich abgespei¬ chert werden. Auf diese Weise werden dann betriebspunktab¬ hängige Abweichungen separat kompensiert.

Jede der beiden Steuereinheiten gemäß dem soeben beschriebe¬ nen Ausführungsbeispiel kann als Steuer/Regel einhei t ausge¬ bildet sein, der das Signal von einem Lambda-Sensor zuge¬ führt wird. Welche der beiden Steuereinheiten als Steuer/ Regeleinheit ausgebildet wird, hängt maßgeblich vom Zeitver¬ halten des zugehörigen Steuer/Regel reises im jeweiligen Fall ab. Die Anordnung wird so getroffen, daß die Gefahr von Regel schwi ngungen möglichst klein ist.

Ze i c h n u n g

Ausfü rungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu¬ tert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Ein¬ stel 1 anordnung zum Einstellen der einem Kraftfahrzeugmotor zugeführten Kraftstoffmenge. Fig. 2 zeigt ein Blockschalt¬ bild einer Ei nstel 1 anordnung mit einem erfindungsgemäßen Ei nstel 1 system mit zwei Ei nstel 1 ei nhei ten . Figuren 3 und 4 zeigen jeweils ein Blockschaltbild von Ei nstel 1 anordnungen mit einem Ei nstel 1 system mit jeweils einer Regeleinheit und einer Steuereinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Ei nstel 1 anordnung gemäß Fig. 2 verfügt über ein Einstell¬ system 14, dem von einer ersten Sensoranordnung 11.1 und einer zweiten Sensoranordnung 11.2 Signale zugeführt werden, und das eine erste Stellgröße an eine Ei nstel 1 strecke 12.1 abgibt. Das Ei nstel 1 system 14 ist als Mikroprozessorensystem ausgeführt, mit folgenden Funktionseinheiten: einer ersten Ei nstel 1 ei nhei t , die als erste Steuereinheit 10.1.1 ausgebil¬ det ist, einer zweiten Ei nstel 1 ei nhei t, die als zweite Steuereinhe t 10.2.1 ausgebildet ist, und einer Kalibrier¬ einheit 15.

Die erste Steuereinheit 10.1.1 erhält von der ersten Sensor¬ anordnung 11.1 mindestens eine Führungsgröße. Gemäß einer be¬ vorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles ge¬ mäß Fig. 2 gibt die erste Sensoranordnung 11.1 Signale von einem Drehzahlsensor und von einem Drosselklappensensor ab. Aus diesen Signalen berechnet die erste Steuereinheit 10.1.1 die erste Stellgröße, die bei der angesprochenen Ausgestal¬ tung das Signal ist, das an eine Kraftstoffei nspri tzpumpe als Einstel 1 strecke 12.1 geliefert wird. Das Berechnen der ersten Stellgröße erfolgt entweder über ein Drehzahl sensor/ Drossel k 1 appensensor/Stel 1 größen-Kennl i ni enfel d oder da¬ durch, daß aus den Signalen vom Drehzahl sensor und vom Dros-

- 5 - sel kl appensensor ein Luftvolumen, daraus eine Luftmasse, daraus eine Kraftstoffmenge und daraus die erste Stellgröße besti mt wird.

Die zweite Steuereinheit 10.2.1 erhält ein Eingangssignal von der zweiten Sensoranordnung 11.2, die bei der angespro¬ chenen Ausgestaltung als Luftmassensensor ausgebildet ist. Dieser Luftmassensensor bestimmt wesentlich genauer die von einem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmasse, als ein Bestim¬ men der Lύftmasse aus der Messung von Drehzahl und Drossel¬ klappenstellung mit Hilfe der ersten Sensoranordnung 11.1 möglich ist. Jedoch mißt der Luftmassensensor gemäß der zwei¬ ten Sensoranordnung 11.2 langsamer als die erste Sensoranord¬ nung 11.1. Dieses genaue, jedoch bei einer Änderung der ange¬ saugten Luftmasse nur langsam auf den neuen Wert einschwin¬ gende Sensorsignal wird von der zweiten Steuereinheit 10.2.1 in eine zweite Stellgröße umgerechnet, die identisch wie die erste Stellgröße ein Signal ist, das geeignet ist, eine Kraftstoff-Einspritzpumpe so . ei rrzustel 1 en , daß diese genau die Kraftstoffmenge abgibt, die der ermittelten Luftmasse zuzusetzen ist, um bei der Verbrennung einen gewünschten Lambda-Wert zu erhalten. Diese zweite Stellgröße wird jedoch nicht an die als Kraftstoff-Einspritzpumpe ausgeführte Ein¬ stellstrecke 12.1 geliefert, sondern an die Kalibriereinheit 15. Diese realisiert (in der Regel rechnermäßig) die Funktio¬ nen eines Vergleichers, eines Signalwandlers und einer Sampl e/Hol d-Schal tung . Die Kalibriereinheit 15 stellt näm¬ lich fest, ob die erste Stellgröße, die aufgrund von Signa- len von der ungenaueren ersten Sensoranordnung ermittelt wur¬ de, von der genaueren zweiten Stellgröße abweicht. Die Kali- brier.ei nhei t 15 ermittelt außerdem, ob die erste Stellgröße in einem Zeitraum, der mindestens der Einschwingdauer der zweiten Senso anordnung 11.2 entspricht, innerhalb e ner vor¬ gegebenen Spanne blieb. Ist dies der Fall , steht fest, daß ein für die zweite Sensoranordnung 11.2 quasi stationärer Zustand bestand, innerhalb dem die langsame zweite Sensoran¬ ordnung nach einer sprunghaften Änderung der angesaugten Luftmenge auf einen genauen ^' Anzeigewert einschwingen konnte.

Liegt ein solcher quasi stationärer Zustand vor, wird das Differenzsignal von erster Stellgröße und zweiter Stellgröße oder ein dem Differenzsignal gewandeltes Signal über die Sa pl e/Hol d-Funkti on an die erste Steuereinheit 10.1.1 abge¬ geben. Schwingt danach die erste Stellgröße innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne um mehr als es dem vorgegebenen pro¬ zentualen Rahmen entspricht, hält die Sampl e/Hol d-Funkti on denjenigen Wert, der zuletzt ausgegeben wurde, als noch quasi stationäre Zustände herrschten.

Der von der Kalibriereinheit 15 ausgegebene Wert beeinflußt die erste Steuereinheit 10.1.1 so, daß diese die erste Stell¬ größe in einer Richtung verändert, daß der Wert der ersten Stellgröße an den Wert der zweiten Stellgröße angepaßt wird. Wird z.B. von der Kalibriereinheit 15 eine Abweichung des Wertes der ersten Stellgröße vom Wert der zweiten Stellgröße um zwei Prozent festgestellt, multipliziert die erste Steuer¬ einheit 10.1.1 den zuvor abgegebenen Wert der ersten Stell¬ größe mi dem Faktor 1,02.

Durch das derartig funktionierende Ei nstel 1 system 14 wird die erste Stellgröße fast in der gesamten Betriebszeit der Anordnung gemäß Fig. 2 mit einer Genauigkeit festgelegt, die der hohen Meßgenauigkeit der zweiten Sensoranordnung ent¬ spricht, jedoch bei Veränderungen der Eingangsgrößen mit der hohen Fol gegeschw ndi gkei t verändert, die der Einstellge¬ schwindigkeit der ersten Sensoranordnung entspricht.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestal¬ tungen derselben verfügte das Einstellsystem über eine erste Steuereinheit 10.1.1 und eine zweite Steuereinheit 10.2.1. Statt bloßen Steuereinheiten können jedoch auch Steuer/Regel- einheiten verwendet werden, z.B. eine Steuer/Regel ei nhei t 10.1.2 zum Abgeben der ersten Stellgröße, wie in der Ein¬ stel 1 anordnung gemäß Fig. 3 dargestellt, oder eine Steuer/- Regeleinheit 10.2.2 zum Abgeben der zweiten Stellgröße, wie in der Anordnung gemäß Fig. 4 dargestellt. Das Verwenden von Steuer/Regel ei nhei en statt Steuereinheiten hat den Vorteil ,

daß überwacht wird, ob die durch die Stellgröße beeinflußte Ausgangsgröße tatsächlich den gewünschten Sollwert einnahm, oder ob Abweichungen bestehen, die ausgeregelt werden sollen.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß zusätzlich ein Ausgangssensor 13.1 vor¬ handen ist, der die Ausgangsgröße der Ei nstel! strecke 12.1 oder eine davon abhängige Größe mißt und sein Ausgangssignal an die bereits erwähnte Steuer/Regel ei nhei t 10.1.2 abgibt, die die Steuereinheit 10.1.1 ersetzt. Die Steuer/Regel ei n- heit 10.1.2 führt eine Regelung an einen vom Ausgangssignal der ersten Sensoranordnung 11.1 abhängigen Wert durch. Bei dieser Regelung wird das Ausgangssigna! vom Ausgangssensor 13.1 mit einem Sollwert verglichen, der der Steuer/Regel ein- heit 10.1.2 zugeführt wird. Falls die Ei nstel 1 anordnung ge¬ mäß Fig. 4 mit der eben beschriebenen Ausführungsform eines Ei nstel 1 Systems 14 eine Ausgestaltung aufweist, die der Aus¬ gestaltung der Anordnung gemäß Fig. 2 entspricht, ist es von Vorteil , den Ausgangssensor als Lambda-Sonde auszubilden. Die gesamte Anordnung funktioniert dann wie die Anordnung ge¬ mäß Fig. 2, jedoch unter Berücksichtigung der oben beschrie¬ benen Regel funkt on .

Bei der Einstel 1 anordnung gemäß Fig. 4 gibt der anhand der Anordnung gemäß F g. 3 beschriebene Ausgangssensor 13.1 sein Ausgangssignal an die bereits oben erwähnte Steuer/Regel ei n- heit 10.2.2, die ausgehend von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die zweite Steuereinheit 10.2.1 ersetzt. Der zweiten Steuer/Regel einhei t lθ ^' .2.2 wird zugleich ein Sollwert zuge¬ führt. Durch diese Anordnung erhält die Steuereinheit 10.1.1 zum Ausgeben der ersten Stellgröße keinen gesteuerten Kali¬ brierwert mehr, sondern einen geregelten. Dadurch hat auch die erste Stellgröße Regel ungscharakter , obwohl sie durch die Steuereinheit 10.1.1 lediglich in Abhängigkeit von Wer¬ ten, wie sie von der ersten Sensoranordnung 11.1 gemessen werden, gesteuert rd.

Die Frage, wann es vorteilhafter ist, die erste Einstellein¬ heit zu regeln, und wann es vorteilhafter ist, die zweite Ei nstel 1 ei nhei t zu regeln, hängt maßgeblich vom Zeitverhal¬ ten der in der Gesamtanordnung verwendeten Sensoren ab. Man wählt die Regelung in demjenigen Zweig, der aufgrund seines Zeitverhaltens weniger zu Regel schwi ngungen neigt.