DE10021644A1

DE10021644A1 - Betriebszustandabhängiges Umschalten eines Abtastverfahrens eines Drucksensors

Info

Publication number: DE10021644A1
Application number: DE2000121644
Authority: DE
Inventors: Manfred Pfitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: FR2808591B1; DE10021644C2; FR2808591A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtasten eines Drucksensors (14, 15) an einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Drucksensorsignal in einem Zeitraster abgetastet wird und nach einem Segment (5, 6, 7) ein dem jeweiligen Segment entsprechender Mittelwert für das Drucksensorsignal gebildet wird. Innerhalb eines ersten Drehzahlbereiches der Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine direkte Abtastung des Drucksensors (14, 15) und ab einer vorgebbaren Drehzahlschwelle (13) deren Abtastung in einem Zeitraster unter anschließender Bildung eines segmentweisen Mittelwertes.

Description

Technisches Gebiet

Zur Bestimmung der angesaugten Frischluftmasse eines Verbrennungsmotors wird ein Drucksensor eingesetzt, der in bestimmten Zeiträumen abgetastet wird. Die Abtastung des Drucksensors kann sich bei kleinen Drehzahlen und dynamischem Saugrohrdruckverlaufs angesichts sich verlängernder Segmentzeiten negativ auf die Einspritzzeit auswirken, wenn der real herrschende Druck und ein errechneter, arithmetischer Mittelwert des Druckes stark voneinander abweichen.

Stand der Technik

DE-OS 43 22 311 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größe. Eine von einem Sensor ermittelte Last sendet ein dieser Last entsprechendes, aufbereitetes bzw. gefiltertes Ausgangssignal, welches in einem wählbaren Zeitraster abgetastet wird. Der Beginn der Abtastung wird für jedes Segment neu synchronisiert, wobei zur Synchronisation das Signal eines Kurbelwellensensors verwendet wird, der eine mit der Kurbelwelle verbundenes Drehzahlgeberrad abtastet und eine Signalflanke pro Segment abgibt. Die Kombination zur Kurbelwellensynchronen und bezogen auf das Segment zeitkonstanten Abtastung erlaubt den Einsatz unterschiedlicher Lasterfassungssensoren bei gegenüber bisher eingesetzten Verfahren verbesserter Genauigkeit. Aus den abgetasteten Meßwerten ist der Mittelwert der Last für jedes Segment bestimmbar, somit kann die pro Arbeitstakt angesaugte Luftmenge ermittelt werden.

Für moderne Brennkraftmaschinen ist diese Signalermittlung immer noch zu ungenau. Bei z. Zt. eingesetzten Abtastverfahren wird ein Drucksensorsignal im 1- ms-Raster abgetastet und in einem Summenspeicher aufaddiert. In einem zweiten Speicher wird die Anzahl der Abtastungen aufsummiert. Nach einem Segment, welches der Zeitspanne zwischen zwei Zündvorgängen entspricht, wird der Summenwert der Abtastungen im 1-ms-Raster durch die Anzahl der Abtastungen dividiert und so über ein Segment der arithmetische Mittelwert gebildet. Durch dieses Verfahren kann zwangsläufig der arithmetisch gebildete Mittelwert erst ein Segment nach der Berechnung des Mittelwertes zur Einspritzberechnung ausgegeben werden. Bei im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine vorkommenden Drehzahlen zwischen 800 1/min. bis 6000 1/min. ist diese Verzögerung, bis der berechnete Mittelwert zur Berechnung der Einspritzmengen verwendet wird, durchaus tolerierbar. Bei sehr langen Segmentzeiten, die bei kleinen Drehzahlen und dynamischem Saugrohrdruckverlauf auftreten, beispielsweise einer Segmentzeit von 150 ms bei einer Drehzahl von 200 1/min. z. B. während der Startphase wirkt sich die lange Segmentzeit störend auf die Einspritzzeitberechnung aus, da der real herrschende Druck und der arithmetische Mittelwert weit auseinander klaffen.

Daher läßt sich mit dieser Methode während der Startphase lediglich ein Mittelwert ermitteln, aber nicht der genaue Druckverlauf bzw. der genaue Luftdurchsatz bestimmen, der jedoch gerade für eine Regelmaßnahme zur Vermeidung übermäßiger Emissionen während der Startphase essentiell ist.

Vorteile der Erfindung

Der Vorteil der Erfindung ist vor allem darin zu erblicken, daß mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren der Umschaltung des Abtastverfahrens eines den Saugrohrdruck abtastenden Sensors auch bei stehendem Motor, d. h. n_mot = 0 erfolgt. Bis zum Erreichen einer frei vorgebbaren Drehzahlschwelle wird der Druck der durch den Drucksensor ermittelte Druckwert direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Mittelwertbildung zur Einspritzberechnung verwendet. Daraus folgt, daß während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine das von der Steuerungselektronik benutzte Signal zur Frischluftmassenberechnung des jeweiligen Zylinders der Verbrennungskraftmaschine in hohem Maße identisch mit dem realen Saugrohrdruck ist. Durch das Eliminieren der Segmentzeitweisen der Mittelwertbildung erfolgt der Motorhochlauf mit aktuelleren Saugrohrdruckwerten. Ab dem Zeitpunkt, an dem eine zweite Drehzahlschwelle erreicht wird, wird auf ein Abtasten der Drucksensorsignale und der sich anschließender Mittelwertbildung aus dem erhaltenen Druckausgangssignalen umgeschaltet, die im Normaldrehzahlbereich einer Verbrennungskraftmaschine durchaus sinnvoll ist. Im Normaldrehzahlbereich einer Verbrennungskraftmaschine liegt eine im Vergleich zur Hochlaufphase der Verbrennungskraftmaschine wesentlich kürzere Segmentzeit vor.

Durch entsprechende Verteilung der Drehzahlstützstellen kann erreicht werden, daß bis zum Erreichen der Drehzahlschwelle der Drucksensorwert ohne Mittelwertbildung direkt eingerechnet wird. Danach wird der letzte Drucksensorwert beibehalten und bei Überschreiten der zweiten Drehzahlschwelle wird auf arithmetische Mittelwertbildung über ein Segment umgeschaltet.

Durch die Daten der beiden Drehzahlschwellen sind somit unterschiedliche Druckberechnungsmöglichkeiten während der Hochlaufphase der Verbrennungskraftmaschine mit allen erdenklichen Freiheitsgraden gegeben. So lassen sich die Werte für die Drehzahlen die die Drehzahlschwellwerte darstellen, frei vorgeben. Ein weiterer für die Startphase wesentlicher Vorteil ist der Umstand, daß im 1-ms-Raster laufende Drucksensorsignalabtastung bereits im Zustand "Zündung ein" aktiv ist und dieser Abtastwert ohne Mittelwertbildung zur Verfügung steht. Dies ist bei Drucksensor basierten Füllungserfassungsvorgängen wichtig, da das Drucksignal u. a. für die Umgebungsdruckadaption verwendet wird. Bisher wurde bei eingeschalteter Zündung und Motordrehzahl n_mot = 0 einmalig ein Drucksignal eingelesen, um so den Umgebungsdruck zu bestimmen. Bei Zündschlössern ohne mechanische Verriegelung kann dies beim Ausschalten der Zündung und sofortigem Wiedereinschalten der Zündung dazu führen, daß der Saugrohrdruck noch nicht dem Umgebungsdruck entspricht, dies aber aufgrund der Motordrehzahl so interpretiert wird. Durch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb des 1- ms-Rasters erfolgendes ständiges Einlesen des Drucksensorwertes kann dies bei den ersten Druckwerten nach der Zündung nicht vollständig ausgeschlossen werden, aber spätestens 1 s nach Motorstillstand entspricht der eingelesene Saugrohrdruck dem Umgebungsdruck.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm des aufgrund eines Mittelwertbildung über ein Kurbelwellensegment ermittelten Druckwertes bei kleinen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine von etwa 200 1/min.,

Fig. 2 ein Schaltschema einer zur Durchführung der Umschaltung des Abtastverfahrens geeigneten Abtastvorrichtung und

Fig. 3 ein sich gemäß einer Abtastung mit der vorgeschlagenen Anordnung ergebendes Drucksensorsignal mit direkter Abtastung des Drucksignales und einer Abtastung unter Mittelwertbildung über ein Segment.

Ausführungsvarianten

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Diagramm des aufgrund einer Mittelwertbildung über ein Segment ermittelten Druckwertes bei kleinen Drehzahlen von etwa 200 1/min. einer Verbrennungskraftmaschine widergegeben.

Bei diesem Startphasen-Diagramm 1 einer Verbrennungskraftmaschine sind die Verläufe des Umgebungsdruckes, des ermittelten Systemdruckes aus der Abtastung des Saugrohrdrucksensors, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, sowie die Segmentzeiten dargestellt. Der Verlauf des Umgebungsdruckes ist mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnet, der wahre Druckverlauf im Saugrohr mit Bezugszeichen 4, während der Drehzahlverlauf mit Bezugszeichen 3 bezeichnet ist.

Für eine 4-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine ergibt sich die Segmentzeit bei einer niedrigen Drehzahl von 200 1/min. zu

Diese Segmentzeit von 150 ms und eine sich daran anschließende Mittelwertbildung bewirken, daß erst nach Ablauf von 150 ms, d. h. der Segmentzeit 5 des ersten Segmentes und nach erfolgter Mittelwertbildung, dieser gemittelte Druckwert 6 erst Mitte des zweiten Segmentes, 7, d. h. nach etwa 225 ms im zweiten Segment 7 zur Verfügung steht. In analoger Weise wird aus dem während dieser Zeitspanne des zweiten Segmentes 7 andauernden Abtastsignalen ein Mittelwert 8 für den Druck ermittelt, der wiederum als Grundlage für die Berechnung der Frischluftmasse während des nächsten Segmentes 9 dient. Während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine stellen sich demnach große Druckdifferenzen zwischen dem tatsächlichen realen Druck und dem ermittelten Druckmittelwerten ein, wie Fig. 1 entnehmbar ist. Die Folge solcher Druckdifferenzen sind in der Motorelektronik sich einstellende falsche Werte für Kraftstoffeinspritzmengen und Kraftstoffeinspritzzeit, wodurch die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine insbesondere während der Startphase ausgesprochen negativ beeinflußt werden.

Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Schaltungskonfiguration für eine zur Durchführung der Umschaltung des Abtastverfahrens geeigneten Abtastvorrichtung.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsvariante zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abtastverfahrens sind zwei unabhängig voneinander einstellbare und unabhängig voneinander ansprechende Drehzahlschwellen 12 und 13 vorgesehen. In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist die erste Drehzahlschwelle, Bezugszeichen 12, auf 50 1/min. eingestellt, während die zweite Drehzahlschwelle 13 in dieser Ausführungsvariante auf eine Drehzahl von 400 1/min. eingestellt ist. Sowohl der ersten Drehzahlschwelle 12 als auch der weiteren, zweiten Drehzahlschwelle 13, ist je ein Vergleicher 23 bzw. 24 nachgeordnet. Die Ausgangssignal der beiden Vergleicher 23 bzw. 24 werden einem Verknüpfungselement "&", identifiziert durch Bezugszeichen 22, zugeleitet.

Werden Drehzahlsignale 16 n_mot an das Verknüpfungselement 22 geleitet, die unterhalb der ersten Drehzahlschwelle 12 liegen, so werden die Drucksensoren 14.1, 14.2 in einem vorwählbaren Zeitraster von beispielsweise 1 ms abgetastet, ohne das eine Mittelwertbildung erfolgt. Demnach liegen während der Startphase einer Verbrennungskraftmaschine stets aktuelle Drehzahlsignale für die Frischgasfüllungsberechnung der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine vor, verglichen mit dem erst zu errechnenden Mittelwerten der Drucksignale nach Ablauf des Abtastzeitrasters.

Sind die erste und die zweite Drehzahlschwelle 12 bzw. 13 mit gleichen Drehzahlwerten belegt, beispielsweise beide mit 200 min^-1, so wird durch die Steuerungselektronik der Verbrennungskraftmaschine von der Abtastung in 1 ms- Zeitraster beispielsweise, ohne daß eine Mittelwertberechnung erfolgt, auf eine Abtastung im 1 ms-Zeitraster umgeschaltet, der eine Mittelwertbildung nachgeschaltet ist Dies stellt für den normalen Drehzahlbereich einer Verbrennungskraftmaschine, sich erstreckend von Drehzahlen von 800 min^-1 bis 6000 min^-1 durchaus eine sinnvolle Vorgehensweise dar, da in diesem Drehzahlbereich die Kurbelwellensegmentzeiten sehr kurz sind.

Sind die vorgegebenen Drehzahlwerte der ersten und der zweiten Drehzahlschwelle 12 bzw. 13 hingegen mit unterschiedlichen Drehzahlwerten belegt, vergleiche auch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, wird bei Erreichen der ersten Drehzahlschwelle 12 der letzte abgetastete im 1-ms-Zeitraster ermittelte Abtastwert eingefroren und mit diesem zuletzt gewandelten Drucksensorwert die Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, bis die zweite Drehzahlschwelle 13 überschritten wird. Ab Erreichen und Überschreiten der zweiten Drehzahlschwelle 13 erfolgt die Abtastung des Drucksensorsignals unter Nachschaltung einer segmentweisen Mittelwertberechnung für das jeweilige Kurbelwellensegment.

Bei höheren, im Normalbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine auftretenden Drehzahl, im Bereich zwischen 800 min^-1 und 600 min^-1 liegen, wird der Saugrohrdruck über ein Segment gemittelt, um stationär ein Saugrohrdrucksignal zu erhalten, mit dem die Einspritzzeit zuverlässig berechnet werden kann, da pro Kurbelwellen-Segment die Datenmenge zu groß ist. Daher erfolgt eine in diesem Falle sinnvolle Mittelwertberechnung.

Der Nachteil, daß während der Hochlaufphase eine Verbrennungskraftmaschine zu lange mit nicht aktuellen Werten für den Saugrohrdruck gerechnet wird, besteht bei der Abtastung der Drucksensoren 14.1 und 14.2, bzw. 15.1 und 15.2 und direkter Ausgabe des Drucksensorwertes ohne nachgeschaltete Mittelwertbildung nicht mehr.

In einem vorwählbaren Zeitraster ablaufende Drucksensorsignalabtastung ist bereits zum Zeitpunkt "Zündung ein" aktiv. Die Abtastfolge im beispielsweise 1 ms-Takt steht zu diesem Zeitpunkt ohne Mittelwertbildung zur Verfügung, so daß sich dieses Drucksensorsignal für die Umgebungsdruckadaption anbietet. Das einmalige Einlesen eines Drucksensorsignales bei n_mot = 0 bei bisherigen Abtastverfahren kann bei Zündschlössern zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine zu einer verzögerten Druckadaption führen. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren des Umschaltens der Abtaststrategien der Drucksensoren 14.1, 14.2 bzw. 15.1 und 15.2 ist sichergestellt, daß spätestens nach 1 Sekunde Motorstillstand der Saugrohrdruck dem Umgebungsdruck entspricht. Die zuerst zwangsläufig auftretende Druckwerte haben aufgrund der großen Zeitkonstante der Umgebungsadaption keinen Einfluß auf den adaptierten Umgebungsdruck.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 geht ein sich gemäß einer Abtastung mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ergebendes Drucksensorsignal mit direkter Abtastung des Drucksignales und einer Abtastung unter Mittelwertbildung über ein Kurbelwellensegment hervor.

In der Darstellung gemäß Fig. 3, welche die Hochlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine ab dem Zeitpunkt des Startens wiederspiegelt, ist der Umschaltzeitpunkt, an dem eine Umschaltung des Abtastverfahrens von direkter Ausgabe der ermittelten Werte auf Ausgabe der Werte unter nachgeschalteter Mittelwertbildung über ein Segment erfolgt mit Bezugszeichen 21 auf der Zeitachse 17 gekennzeichnet. Rechts des den Umschaltzeitpunkt kennzeichnenden sich vertikal erstreckenden Pfeiles erfolgt eine direkte Ausgabe der abgetasteten Werte der Drucksensoren 14.1, 14.2 bzw. 15.1 und 15.2, während im sich rechts vom mit Bezugszeichen 21 bezeichneten Pfeil der Bereich erstreckt, in dem den abgetasteten Drucksensorwerten eine Mittelwertbestimmung nachgeschaltet ist. Mit Bezugszeichen 19 ist die Abtastspannung des Drucksensors bezeichnet, während dieser mit nur einem geringen Versatz folgend die Spannung der Motorsteuerungselektronik (Motronik) folgend dargestellt ist. Der sich in den beiden Abtastbereichen beidseits des Umschaltzeitpunkts 21 einstellende Drehzahlverlauf der Verbrennungskraftmaschine ist mit Bezugszeichen 16 dargestellt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß verglichen mit der Darstellung aus Fig. 1 die Druckverläufe des abgetasteten Druckes und des Systemdrucks nahezu deckungsgleich verlaufen. Die umschaltbare Abtastung der Drucksensorenpaare 14 bzw. 15 trägt den unterschiedlichen Kurbelwellensegmentzeiten während der Hochlaufphase und während des Normalbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine Rechnung und stellt insbesondere für den Startdrehzahlbereich die optimale Lösung dar.

Bezugszeichenliste

1

Startphasen-Diagramm

2

Umgebungsdruck

3

Drehzahlverlauf

4

Saugrohrdruckverlauf

5

Segmentzeit 1. Segment (150 ms) bei 200 l/min.

6

Mittelwert 1. Segment

7

Segmentzeit 2. Segment

8

Mittelwert 2. Segment

9

Segmentzeit 3. Segment

10

Mittelwert 3. Segment

11

Ausgabe Mittelwert

12

erste Drehzahlschwelle 50 l/min.

13

zweite Drehzahlschwelle 400 l/min.

14

erstes Sensorpaar

14.1

Sensor

14.2

Sensor

15

zweites Sensorpaar

15.1

Sensor

15.2

Sensor

16

n_mot

17

Zeitachse

18

Drehzahl/Spannungs-Auftrag

19

Abtastspannung Drucksensor

20

Spannung Steuerungselektronik

21

Umschaltpunkt von 1 ms Abtastung auf Abtastung unter Mittelwertbildung über ein Segment

22

Verknüpfungselement

23

Vergleicher "kleiner gleich"

24

Vergleicher "größer gleich"

Claims

1. Verfahren zum Abtasten eines Drucksensors (14, 15) an einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Drucksensorsignal in einem Zeitraster abgetastet wird und nach einem Segment (5, 6, 7) an dem jeweiligen Segment entsprechender Mittelwert für das Drucksensorsignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines ersten Drehzahlbereiches der Verbrennungskraftmaschine eine direkte Abtastung des Drucksensors (14, 15) erfolgt und ab einer vorgebbaren Drehzahlschwelle (12, 13) deren Abtastung in einem Zeitraster unter anschließender Bildung eines segmentweisen Mittelwertes erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine von n_mot = 0 bis n_mot = 1000 1/min. reicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine ablaufende Abtastung des Drucksensors bei "Zündung ein" aktiviert wird und Abtastwerte bei n_mot = 0 liefert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch ständiges Einlesen der Druckwerte für den Umgebungsdruck in der Startphase der Verbrennungskraftmaschine eine Umgebungsdruckadaption mit großer Zeitkonstante erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Saugrohrdruck spätestens nach etwa 1 s dem Umgebungsdruck entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belegung der Drehzahlschwellen (12, 13) mit gleichen Werten von im Zeitraster erfolgter Abtastung ohne Mittelwertbildung auf im Zeitraster erfolgende Abtastung mit Mittelwertbildung über ein Segment umgeschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der Drucksensoren im Zeitraster von 1 ms erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlicher Belegung der Drehzahlschwellen (12, 13) bei Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle (12) der letzte im Zeitraster ermittelte Abtastwert eingefroren und mit diesem zuletzt gewandelten Drucksensorwert die Einspritzmenge berechnet wird, bis die zweite Drehzahlschwelle (13) überschritten ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreitung der zweiten Drehzahlschwelle (13) die Umschaltung der Abtastung auf eine Abtastung mit Mittelwertbildung über ein Kurbelwellensegment vorgenommen wird.