DE10025128B4

DE10025128B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10025128B4
Application number: DE2000125128
Authority: DE
Inventors: Thomas Horst
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-05-20
Filing date: 2000-05-20
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2020-05-21
Also published as: DE10025128A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, bei dem die angesaugte Luftmasse erfasst wird, bei dem eine Einspritzzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoffventils zumindest in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse berechnet wird und bei dem ein Drosselorgan unabhängig von der Stellung eines Fahrpedals eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse (rl; mist) berechnete Einspritzzeit (ti) mit der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) verglichen wird, und dass, wenn die berechnete Einspritzzeit (ti) größer als die maximal mögliche Einspritzzeit (tmax) ist, die angesaugte Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans (3) derart begrenzt wird, dass die berechnete Einspritzzeit (ti) höchstens gleich der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in Form von Kraftstoff-Einspritzzeit-Regelungen mittels Steuergeräten für Brennkraftmaschinen seit langem bekannt. Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf das Fachbuch „Autoelektrik, Autoelektronik am Ottomotor", BOSCH, Düsseldorf, VDI-Verlag, 1994, S. 230 ff., hingewiesen. Weiterhin ist aus der DE 41 07 353 A1 eine elektronische Motorsteuerung bekannt, bei der die abhängig von Motorzustandsdaten berechnete Kraftstoffeinspritzmenge während eines Einspritzintervalls aktualisiert werden kann. Aus der DE 39 30 396 C2 ist ein Verfahren zum Einstellen von zylinderindividuellen Kraftstoffmengen in Abhängigkeit von der momentanen Stellung eines Luftgebers bekannt. Schließlich ist aus der DE 197 11 477 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem insbesondere bis zu einem gewissen Grad der Unterdruck im Ansaugrohr aufrechterhalten werden kann, so dass der für die gewünschte Leistung erforderliche Sollwert gewährleistet werden kann.

Bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung wird die maximale Kraftstoffmasse, die in einen Zylinder pro Arbeitsspiel gelangen kann, durch die Einspritzventilgröße und die Zeitdauer für ein Arbeitsspiel begrenzt. Ein Arbeitsspiel entspricht bei Viertaktmotoren zwei Kurbelwellenumdrehungen. Da die Einspritzventilgröße im Wesentlichen konstant und bekannt ist, wird in üblichen Steuergeräten für Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit von einer gemessenen Luftmasse die Einspritzzeit berechnet.

Bei der Auslegung der Einspritzventilgröße wird ein gemessener maximaler Kraftstoffdurchfluss mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert. Die gewählte Ventilgröße richtet sich nach dem daraus resultierenden Durchfluss.

Wird bei der Einspritzzeit-Regelung, insbesondere im oberen Drehzahlbereich bei hohem Luftdruck und bei niedrigen Temperaturen, tatsächlich jedoch eine größere Kraftstoffmasse erforderlich als in der Auslegungsphase geschätzt, kann diese bei zu klein ausgelegtem Ventil nicht geliefert werden. Dadurch kann das angestrebte Kraftstoff-Luft-Verhältnis nicht erreicht werden. Die im Verhältnis dann zu viel angesaugte Luftmasse kann zu unerwünscht hohen Abgastemperaturen und damit zur Schädigung der abgasseitigen Bauteile der Brennkraftmaschine führen.

Wird das Einspritzventil sehr groß ausgelegt, verschlechtert sich das Verhalten des Ventils im Bereich kleiner Einspritzmengen. Die bauteilbezogenen Streuungen zwischen den Einspritzventilen werden insbesondere bei kleineren Einspritzzeiten bemerkbar. Insbesondere das Leerlaufverhalten der Brennkraftmaschine kann sich hierbei verschlechtern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das oben genannte Dilemma möglichst kostensparend zu lösen. Dies ist besonders für moderne Motorkonzepte mit reduziertem Kraftstoffverbrauch, erhöhter Motorleistung und Motor-nahem Katalysator wichtig.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 3 verfahrensmäßig bzw. vorrichtungsmäßig gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung setzt voraus, daß die angesaugte Luftmasse (Ist-Luftmasse (mist)), insbesondere durch einen Sensor (z. B. Hitzdraht-Luftmassenmesser oder Heißfilm-Luftmassenmesser), erfasst wird und dass ein Drosselorgan, z. B. eine Drosselklappe im Ansaugtrakt oder Zylinder-Einlaß-Ventile mit variabel einstellbaren Ventilöffnungsquerschnitten, unabhängig von der Stellung eines Fahrpedals (insbesondere Gaspedals) eingestellt werden kann. Die Einspritzzeit wird in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse berechnet. Die anzusaugende Luftmasse ergibt sich beispielsweise aus der sog. Soll-Last, die abhängig vom Fahrerwunsch bzw. von der Fahrpedalstellung beispielsweise mittels eines Drehmomentenmodells, steuergeräte-intern ermittelt wird. Die berechnete Einspritzzeit wird mit der maximal möglichen Einspritzzeit verglichen. Wenn die berechnete Einspritzzeit größer als die maximal mögliche Einspritzzeit ist, wird die angesaugte Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans reduziert bzw. begrenzt, bis die berechnete Einspritzzeit höchstens gleich der maximal möglichen Einspritzzeit ist.

Die maximal mögliche Einspritzzeit ergibt sich aus einem Arbeitsspiel eines Zylinders. Bei Viertaktbrennkraftmaschinen beispielsweise besteht ein Arbeitsspiel aus Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen. Dieses Arbeitsspiel benötigt zwei Kurbelwellenumdrehungen. Die maximal mögliche Einspritzzeit entspricht damit der Zeit von zwei Kurbelwellenumdrehungen und kann aus dem Signal des ohnehin üblichen Drehzahlsensors berechnet werden.

Vorzugsweise wird der Vergleich der berechneten Einspritzzeit mit der maximal möglichen Einspritzzeit und/oder die Begrenzung der angesaugten Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans nur dann vorgenommen, wenn die Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine größer als eine vorgegebene Schwelle ist. Diese vorgegebene Schwelle liegt in der oberen Hälfte des Drehzahlbereichs. Die Drehzahl-Schwelle wird so ausgelegt, daß bei Unterschreiten der Schwelle mit Sicherheit unter allen Umständen die maximal mögliche Einspritzzeit größer als die berechnete Einspritzzeit ist. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß keine unnötige Rechenzeit für eine mit Sicherheit nicht benötigte Funktion verbraucht wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt durch schematische Funktionsblöcke eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die vorzugsweise in ein bereits ohnehin vorgesehenes Brennkraftmaschinen-Steuergerät integriert ist.
Ein Fahrerwunschsignal FP gibt die Stellung eines Fahrpedals wieder und ist Eingangssignal eines Drehmomentenmodells 1. Mittels des Drehmomentenmodells 1 wird in bekannter Weise ein Füllungsmoment berechnet, das als Vorgabe für eine Soll-Luftmasse (msoll), vorzugsweise für die relative Soll-Luftmasse rl_soll dient. Üblicherweise wird diese relative Soll-Luftmasse rl_soll (msoll) als Steuergröße für die Einstellung eines Drosselorgans, hier einer Drosselklappe 3, verwendet. Dieser übliche Fall wird durch die Position A des steuerbaren Schalters 2 dargestellt.
Im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ist ein Sensor 4, z. B. ein Heißfilm-Luftmassenmesser, zur Erfassung der aufgrund der Einstellung des Drosselorgans 3 angesaugten Luftmasse vorgesehen. Die angesaugte Ist-Luftmasse (mist), die meist als relative Luftmasse rl erfaßt wird, ist Eingangssignals eines Berechnungsblocks 5, in dem in Abhängigkeit von der angesaugten relativen Luftmasse rl (mist) (und ggf. auch abhängig von weiteren Größen) die Einspritzzeit ti [ms] berechnet wird. Die berechnete Einspritzzeit ti, wird bei einem Verhältnisbildner 6 durch die maximal mögliche Einspritzzeit tmax geteilt. Die maximal mögliche Einspritzzeit tmax wird in einem Umrechnungsblock 7 aus der Drehzahl n der Brennkraftmaschine berechnet (tmax [ms] = 120000 [ms/min]/n [1/min]). Im vorliegenden Fall soll die maximal mögliche Einspritzzeit tmax der Zeit für zwei Kurbelwellenumdrehungen in Millisekunden entsprechen.
Das Ausgangssignal Q des Verhältnisbildners 6 ist Eingangssignal des Entscheiders 8. Q ist kleiner als 1, wenn die berechnete Einspritzzeit ti größer als die maximal mögliche Einspritzzeit tmax ist. Q ist größer als 1, wenn die berechnete Einspritzzeit ti kleiner als die maximal mögliche Einspritzzeit tmax ist. Wenn das Ausgangssignal Q des Verhältnisbildners 6 kleiner als 1 ist, ist eine logische „1" Ausgangssignal des Entscheiders 8. Wenn das Ausgangssignal Q des Verhältnisbildners 6 größer als 1 ist, ist eine logische „0" Ausgangssignal des Entscheiders 8. Vorzugsweise arbeitet der Entscheider 8 mit einer Hysterese, um ein zu sensibles Umschalten zu verhindern. Das Ausgangssignal des Entscheiders 8 sowie das Ausgangssignal eines Schwellwertüberprüfers 10 sind Eingangssignale des logischen UND-Gatters 9. Der Schwellwertüberprüfer 10 gibt eine logische „1" aus, wenn die Drehzahl n der Brennkraftmaschine größer als der Schwellwert S (z. B. 4000 1/min) ist. Wenn also n > S und ti > tmax, schaltet das logische UND-Gatter 9 durch und aktiviert so den steuerbaren Schalter 2 zum Umschalten auf Position B.
Durch die Position B des steuerbaren Schalters 2 findet eine Begrenzung der angesaugten Luftmasse durch eine reduzierte Öffnung des Drosselorgans 3 statt. Die Begrenzung findet durch Multiplikation der relativen Soll-Luftmasse rl_soll (msoll) an der Multiplizierstelle 11 mit einem Korrekturfaktor statt, dessen Wert dem Quotienten Q entspricht, wobei Q kleiner als 1 ist.
Durch die Erfindung wird sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine stets die erforderliche Gemischzusammensetzung erhält und das Einspritzventil dennoch nicht zu groß im Hinblick auf den Kleinmengenbetrieb gewählt werden muß.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, bei dem die angesaugte Luftmasse erfasst wird, bei dem eine Einspritzzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoffventils zumindest in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse berechnet wird und bei dem ein Drosselorgan unabhängig von der Stellung eines Fahrpedals eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse (rl; mist) berechnete Einspritzzeit (ti) mit der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) verglichen wird, und dass, wenn die berechnete Einspritzzeit (ti) größer als die maximal mögliche Einspritzzeit (tmax) ist, die angesaugte Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans (3) derart begrenzt wird, dass die berechnete Einspritzzeit (ti) höchstens gleich der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der berechneten Einspritzzeit (ti) mit der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) und/oder die Begrenzung der angesaugten Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans (3) nur dann vorgenommen wird, wenn die Ist-Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine größer als eine vorgegebene Schwelle (S) ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Erfassung der angesaugten Luftmasse, mit Mitteln zur Berechnung einer Einspritzzeit zur Ansteuerung eines Kraftstoffventils zumindest in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse und mit Mitteln zur Einstellung eines Drosselorgans unabhängig vom Fahrpedal, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (2, 5, 6, 7, 9, 8, 11) vorhanden sind, durch die die in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmasse (rl; mist) berechnete Einspritzzeit (ti) mit der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) verglichen wird, und durch die, wenn die berechnete Einspritzzeit (ti) größer als die maximal mögliche Einspritzzeit (tmax) ist, die angesaugte Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans (3) derart begrenzt wird, dass die berechnete Einspritzzeit (ti) höchstens gleich der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (10) zum Vergleich der Ist-Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Schwelle (S) vorgesehen sind und dass der Vergleich der berechneten Einspritzzeit (ti) mit der maximal möglichen Einspritzzeit (tmax) und/oder die Begrenzung der angesaugten Luftmasse durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans (3) nur dann vorgenommen wird, wenn die Ist-Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine größer als die vorgegebene Schwelle (S) ist.