DE102004026124B4

DE102004026124B4 - System und Verfahren zur Bestimmung der Masse an Motoransaugluft mit Rückflusskompensation

Info

Publication number: DE102004026124B4
Application number: DE102004026124A
Authority: DE
Inventors: David W. Highland Dempsey; Kenneth P. Rochester Hills Dudek
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-05-29
Also published as: US6990856B2; US20040250610A1; DE102004026124A1

Abstract

Motorsystem mit:
einem Ansaugkrümmer (14);
einem Lufteinlass (16), der eine Luftströmung in und aus dem Ansaugkrümmer (14) ermöglicht;
einem Luftmengenmesser (20), der funktionsmäßig an dem Lufteinlass (16) und in Strömungsrichtung vor dem Ansaugkrümmer (14) zur Messung eines Luftdurchsatzes durch den Lufteinlass (16) befestigt ist;
einem Sensor (32) und
einer Steuerung (24), die mit dem Luftmengenmesser (20) und dem Sensor (32) in Verbindung steht und die einen Luftmassendurchsatz durch den Luftmengenmesser (20) berechnet, wobei die Steuerung (24) das Luftdurchsatzsignal, das durch die in eine erste Richtung strömende Luft erzeugt wird, aufsummiert, und das Luftdurchsatzsignal, das durch die in eine zweite Richtung strömende Luft erzeugt wird, subtrahiert, wenn der Luftmassendurchsatz berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (32) mit dem Ansaugkrümmer (14) in Verbindung steht und einen Druck darin erfasst, und dass die Steuerung (24) einen barometrischen Druck berechnet und den erfassten Druck mit dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von anspruch 5.
Herkömmliche Motorsysteme umfassen einen Motor mit einem Luftansaugkrümmer. Luft strömt in den Ansaugkrümmer durch einen Lufteinlass. Ein Luftfilter filtert die Einlassluft, um Schmutz oder Staub zu entfernen. Ein Luftmassenmesser (engl. "mass air flow (MAF) sensor") misst oder schätzt die Masse an durch den Lufteinlass in den Motor strömender Luft bzw. den Luftdurchsatz. Die Steuerung bestimmt auf Grundlage des Luftmassendurchsatzes (MAF) ein geeignetes Luft/Kraftstoffverhältnis für den Motorbetrieb. Ein Fahrer stellt eine Drosselklappe unter Verwendung eines Gaspedals ein, um die in den Ansaugkrümmer strömende Luft zu regulieren.
Der "Rückfluss" ist die umgekehrte Strömung von Motorluft von dem Ansaugkrümmer zurück durch den Lufteinlass. Herkömmliche Luftmassenmesser können keinen Rückfluss erfassen und überschätzen daher einen Luftdurchsatz bei Rückfluss. Der Fehler beeinflusst die Motorsteuerung nachteilig. Genauer wird die Luft, die von dem Motor während des Rückflusses ausgestoßen wird, durch den Luftmassenmesser als Ansaugluft gemessen, da der Sensor nicht erfassen kann, wann und/ oder ob ein Rückfluss auftritt. Infolgedessen ist es möglich, dass eine Luftmasse mehrere Male von dem Luftmassenmesser gemessen wird. Dieser Fehler führt zu höheren Luftmassenschätzungen, als sie tatsächlich existieren.
Aus der DE 33 04 710 A1 sind ein Motorsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Messen eines Luftdurchsatzes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 bekannt.
Aus der DE 31 35 794 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse bekannt, bei der die strömende Luftmasse mit Hilfe eines temperaturabhängigen Messwiderstandes bestimmt wird. Das erhaltene Messsignal wird mit Hilfe eines druckfühlenden Elements korrigiert, so dass die infolge der Pulsation im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zurückströmende Luft von der einströmenden Luft abgezogen wird.
Aus der DE 195 43 236 C2 ist eine Einlassluftmengen-Messvorrichtung für Verbrennungsmotoren bekannt, bei welcher mit Hilfe einer Brückenschaltung mit zwei Heizwiderständen eine Richtung eines Luftstroms bestimmt wird, um eine Rückströmung von Luft zu erfassen.
Aus der DE 44 98 938 C2 ist eine Vorrichtung zum Erfassen der Ansaugluftmenge eines Motors bekannt, bei der ein Heizwiderstand in einem Ansaugluftkanal der Ansaugluft ausgesetzt wird. Zwei thermoempfindliche Widerstände, von denen einer vor und einer hinter dem Heizwiderstand angeordnet ist, erlauben eine Bestimmung einer Flussrichtung der Ansaugluftmenge.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Motorsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Messverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst einfache und dennoch zuverlässige Messung des Luftdurchsatzes ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1A ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsystems eines Fahrzeugs ist.
1B ein Signalflussdiagramm ist, das ein erstes Verfahren zur Bestimmung einer Luftströmungsrichtung gemäß dem Motorsystem von 1A zeigt;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsystems eines Fahrzeugs ist;
3A ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Motorsystems eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3B ein Signalflussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Bestimmung einer Luftströmungsrichtung gemäß dem Motorsystem von 3 zeigt; und
4 ein Signalflussdiagramm ist, das eine beispielhafte Ausführung einer Luftströmungszähllogik gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhaft und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch zu beschränken. In den Zeichnungen wurden zur Bezeichnung gleicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
In den 1A und 1B ist eine Ausführungsform eines Motorsystems 10-1 gezeigt. Das Motorsystem 10-1 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Luftansaugkrümmer 14. Ein Lufteinlass 16 ermöglicht eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer 14 von einer externen Quelle (beispielsweise Atmosphäre). Ein Luftfilter 18, ein Luftmassenmesser 20 wie auch eine Drosselklappe 22 sind entlang eines Einlasses 16 angeordnet. Eine Steuerung 24 steht mit dem Luftmassenmesser 20 in Verbindung.
Ein erster Sensor 26 steht mit dem Lufteinlass 16 in Verbindung und erfasst den Druck darin. Ein zweiter Sensor 28 steht mit dem Ansaugkrümmer 14 in Verbindung und erfasst den Druck darin. Obwohl der erste Sensor 26 zwischen dem Luftmassenmesser 20 und der Drosselklappe 22 angeordnet gezeigt ist, sei angemerkt, dass der erste Sensor 26 an einer beliebigen Stelle entlang des Lufteinlasses 16 angeordnet sein kann. Der erste und der zweite Sensor 26, 28 messen Drücke in dem Lufteinlass 16 und dem Ansaugkrümmer 14 und liefern diese an die Steuerung 24.
Der Luftfilter 18 filtert Luft, wenn sie durch den Lufteinlass 16 an den Motor 12 geführt wird, um schädigenden Schmutz oder Staub zu entfernen. Der Fahrer ändert das Gaspedal, um die Drosselklappe 22 einzustellen und die Menge an Luft, die in den Ansaugkrümmer 14 strömt, zu regulieren. Der Luftmassenmesser 20 erfasst den Luftmassendurchsatz (MAF) durch den Lufteinlass 16 in den Motor 12. Der Luftmassendurchsatz wird dann von der Steuerung 24 dazu verwendet, eine geeignete Menge an Kraftstoff zu bestimmen, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis für den Motorbetrieb zu erreichen.
Die von der Steuerung 24 empfangenen Drucksignale werden dazu verwendet, eine Richtung der Luftströmung zu bestimmen. Genauer gibt ein höherer Druck in dem Ansaugkrümmer 14 eine Luftströmung von dem Ansaugkrümmer 14 an den Lufteinlass 16 an. Ähnlicherweise gibt ein höherer Druck in dem Lufteinlass 16 eine Luftströmung von dem Lufteinlass 16 in den Ansaugkrümmer 14 an.
Wie in 1B gezeigt ist, wird das Strömungsrichtungssignal bestimmt, indem Druckablesungen von dem Ansaugkrümmersensor 28 und dem Lufteinlasssensor 26 genommen werden und bestimmt wird, ob der Unterschied zwischen den beiden positiv oder negativ ist. Wenn der Unterschied positiv ist (d.h. der Ansaugkrümmerdruck größer als der Lufteinlassdruck ist), dann ist die Strömung von dem Ansaugkrümmer 14 weg gerichtet (d.h. negative Strömung). Wenn der Unterschied negativ ist (d.h. der Ansaugkrümmerdruck kleiner als der Lufteinlassdruck ist), dann ist die Strömung in den Ansaugkrümmer 14 gerichtet (d.h. positive Strömung).
In 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems 10-2 gezeigt. Die zweite beispielhafte Ausführungsform des Motorsystems 10-2 ist ähnlich der ersten beispielhaften Ausführungsform. Jedoch ist anstelle der Verwendung eines ersten und zweiten Drucksensors 26, 28 ein einzelner Drucksensor 30 vorgesehen. Der einzelne Drucksensor 30 ist bevorzugt ein Differenzdrucksensor, der mit sowohl dem Lufteinlass 16 als auch dem Ansaugkrümmer 14 in Verbindung steht. Der Differenzdrucksensor 30 ist gegenüber Druckunterschieden zwischen dem Ansaugkrümmer 14 und dem Lufteinlass 16 empfindlich. Der Differenzdrucksensor 30 identifiziert die Richtung der Luftströmung und liefert ein Differenzdrucksignal an die Steuerung 24.
Der Differenzdrucksensor 30 steht mit sowohl dem Lufteinlass 16 als auch dem Ansaugkrümmer 14 in Verbindung und ist gegenüber jeglichem Druckunterschied zwischen diesen empfindlich. Wenn der Druck in dem Lufteinlass 16 geringer als in dem Ansaugkrümmer 14 ist, gibt der Differenzdrucksensor eine negative Strömung an. Wenn jedoch der Druck in dem Ansaugkrümmer 14 größer als in dem Lufteinlass 16 ist, dann gibt der Differenzdrucksensor 30 eine positive Strömung an.
In den 3A und 3B ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems 10-3 gezeigt. Die dritte beispielhafte Ausführungsform ist ähnlich den oben beschriebenen ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen. Jedoch ist ein einzelner Ansaugkrümmersensor 32 vorgesehen. Wie nachfolgend detaillierter be schrieben ist, wird der von dem Ansaugkrümmersensor 32 gemessene Druck mit einem kalibrierten Wert verglichen, um die Richtung der Luftströmung bestimmen zu können.
Wie in 3B gezeigt ist, wird das Strömungsrichtungssignal bestimmt, indem der Ansaugkrümmerdruck mit einem theoretischen barometrischen Druck verglichen wird. Der theoretische barometrische Druck wird von der Steuerung 24 berechnet und stellt eine Funktion des Betriebszustandes des Motors 12 einschließlich der Stellung der Drosselklappe 22 dar. Der Unterschied zwischen dem Ansaugkrümmerdruck, der durch den Ansaugkrümmersensor 32 gemessen wird, und dem theoretischen barometrischen Druck wird bestimmt und mit einer Kalibrierungskonstante K verglichen. Wenn der Unterschied größer als K ist, dann wird eine negative Strömung anzeigt. Wenn der Unterschied kleiner als K ist, dann wird eine positive Strömung anzeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, wird ein Luftsignal 100 an einen Aufwärts/Abwärtszähler 104 ausgegeben. Das Luftsignal 100 hat eine Frequenz, die proportional zu dem Luftdurchsatz ist. Der Zähler 104 integriert den Luftdurchsatz auf Grundlage des Strömungsrichtungssignals, um eine Luftdurchsatzmasse zu bestimmen. Es wird ein Strömungsrichtungssignal 102 ausgegeben, wie oben beschrieben ist. Beispielsweise gibt eine 0 eine negative Strömung an und eine 1 gibt eine positive Strömung an. Das Strömungsrichtungssignal wird an den Zähler 104 und einen Inverter 106 ausgegeben. Das Richtungssignal hat zur Folge, dass der Zähler 104 entweder hoch zählt oder herunter zählt. Genauer zählt, wenn das Richtungssignal negativ ist, der Zähler 104 herunter. Wenn alternativ dazu das Richtungssignal positiv ist, dann zählt der Zähler hoch. Somit integriert der Zähler 104 den rückfließenden (negativen) Luftdurchsatz, um eine Masse des rückfließenden Luftdurchsatzes vorzusehen, und der normale (positive) Luftdurchsatz wird integriert, um eine Masse des normalen Luftdurchsatzes vorzusehen. Die Masse des rückfließenden Luftdurchsatzes wird von der Masse des normalen Luftdurchsatzes subtrahiert, sobald die Luftströmungsrichtung von negativ auf positiv wechselt. Wenn die Masse der rückfließenden Luft gleich der Masse der normalen Luft ist, ist das Zählsignal des Zählers 104 Null. Wenn die Masse der rückfließenden Luft größer als die Masse der normalen Luft ist, dann ist das Zählsignal negativ, und wenn die Masse der rückfließenden Luft kleiner als die Masse der normalen Luft ist, dann ist das Zählsignal positiv. Der Inverter 106 invertiert das Richtungssignal, wodurch eine negative Strömung in eine positive Strömung invertiert wird, und umgekehrt.
Das Zählsignal des Zählers 104 wird an einen Vergleichsoperator 108 ausgegeben. Der Vergleichsoperator 108 bestimmt, ob das Zählsignal kleiner oder gleich Null ist. Wenn dies zutrifft, dann gibt der Vergleichsoperator 108 einen ersten Zustand, wie beispielsweise 1 aus. Wenn dies nicht zutrifft, dann gibt der Vergleichsoperator 108 einen zweiten Zustand aus, wie beispielsweise 0. Der Inverter 106 sieht ein Invertersignal entsprechend dem Richtungssignal vor. Wenn das invertierte Richtungssignal positiv ist (d.h. das Richtungssignal war 0), dann ist das Invertersignal 1. Wenn das invertierte Richtungssignal negativ ist (d.h. das Richtungssignal war 1), dann ist das Invertersignal 0.
Beide Ausgänge des Vergleichsoperators 108 und des Inverters 106 werden in ein "UND"-Gatter 110 eingegeben. Wenn beide gleich Eins sind, dann gibt das UND-Gatter 110 Eins aus. Wenn einer oder beide gleich Null sind, dann gibt der Ausgang des UND-Gatters 110 Null aus. Allgemein ist der Ausgang des UND-Gatters 110 gleich Eins, wenn die bei 102 bestimmte Luftströmung positiv ist, und gleich Null, wenn sie negativ ist. Das Luftsignal 100 und der Ausgang des UND-Gatters 110 werden an eine Multipliziereinrichtung 112 eingegeben.
Das Luftsignal 100 wird entweder mit Eins oder Null multipliziert. Wenn das Luftsignal 100 mit Eins multipliziert wird, dann ist der Ausgang der Multipliziereinrichtung gleich dem Luftsignal 100. Wenn das Impulssignal mit Null multipliziert wird, dann ist der Ausgang der Multipliziereinrichtung gleich Null. Somit stellt die Steuerung 24 einen Luftmassendurchsatz für Rückfluss ein. Es sei angemerkt, dass die gezeigten und beschriebenen Schaltungen auf eine Vielzahl verschiedener Wege implementiert sein können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zusammengefasst umfasst ein Motorsystem einen Ansaugkrümmer und einen Lufteinlass, der eine Luftströmung in und aus dem Ansaugkrümmer ermöglicht. Ein Luftmengenmesser ist an dem Luftein lass befestigt und misst einen Luftdurchsatz durch den Lufteinlass. Es ist auch ein erster Sensor enthalten, der dazu dient, eine Richtung der Luftströmung zu bestimmen. Der Luftmengenmesser steht in Verbindung mit einer Steuerung, die den Luftmassendurchfluss durch den Lufteinlass aufzeichnet. Erfindungsgemäß wird ein Ausgang des ersten Sensors mit einem kalibrierten barometrischen Druck verglichen, um eine Richtung der Luftströmung zu bestimmen.

Claims

Motorsystem mit: einem Ansaugkrümmer (14); einem Lufteinlass (16), der eine Luftströmung in und aus dem Ansaugkrümmer (14) ermöglicht; einem Luftmengenmesser (20), der funktionsmäßig an dem Lufteinlass (16) und in Strömungsrichtung vor dem Ansaugkrümmer (14) zur Messung eines Luftdurchsatzes durch den Lufteinlass (16) befestigt ist; einem Sensor (32) und einer Steuerung (24), die mit dem Luftmengenmesser (20) und dem Sensor (32) in Verbindung steht und die einen Luftmassendurchsatz durch den Luftmengenmesser (20) berechnet, wobei die Steuerung (24) das Luftdurchsatzsignal, das durch die in eine erste Richtung strömende Luft erzeugt wird, aufsummiert, und das Luftdurchsatzsignal, das durch die in eine zweite Richtung strömende Luft erzeugt wird, subtrahiert, wenn der Luftmassendurchsatz berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (32) mit dem Ansaugkrümmer (14) in Verbindung steht und einen Druck darin erfasst, und dass die Steuerung (24) einen barometrischen Druck berechnet und den erfassten Druck mit dem barometrischen Druck vergleicht, um die Richtung der Luftströmung zu bestimmen.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der berechnete barometrische Druck auf einem Betriebszustand basiert.
Motorsystem nach Anspruch 2, wobei der Betriebszustand auf einer Stellung einer Drosselklappe (22) basiert.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei das Luftdurchsatzsignal, das durch eine in der zweiten Richtung strömende Luftströmung erzeugt wird, subtrahiert wird, wenn ein Luftdurchsatzsignal von der zweiten Richtung auf die erste Richtung wechselt.
Verfahren zum Bestimmen eines Luftdurchsatzes mit Hilfe einen Luftmengenmessers (20), umfassend, dass: eine Richtung von Luft, die durch den Luftmengenmesser (20) strömt, erfasst wird; eine erste Luftmasse, die durch den Luftmengenmesser (20) strömt, aufsummiert wird, wenn die erste Luftmasse in einer ersten Richtung strömt; und eine zweite Luftmasse, die durch den Luftmengenmesser (20) strömt, subtrahiert wird, wenn die zweite Luftmasse in einer zweiten Richtung strömt, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen umfasst, dass: ein Ansaugkrümmerdruck erfasst wird; und der Ansaugkrümmerdruck mit einem von der Steuerung (24) berechneten kalibrierten barometrischen Druck verglichen wird, um die Richtung der Luftströmung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der berechnete barometrische Druck auf einem Betriebszustand des Motors (12) basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Betriebszustand auf einer Stellung einer Drosselklappe (22) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Unterschied zwischen dem Ansaugkrümmerdruck und dem kalibrierten barometrischen Druck bestimmt wird und mit einer theoretischen Kalibrierungskonstante (K) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Strömung in einer zweiten Richtung angezeigt wird, wenn der Unterschied zwischen dem Ansaugkrümmerdruck und dem kalibrierten barometrischen Druck kleiner als die theoretische Kalibrierungskonstante (K) ist.