DE10252214A1

DE10252214A1 - Verfahren zur Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10252214A1
Application number: DE2002152214
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Dünow; Michael Heise; Olaf Klage; Matthias Schultalbers
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: DE10252214B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erstellungg eines Kennlinienfeldes zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem im Fahrbetrieb bei Lastsprüngen des Motors die Betriebsparameter des Motors und die Kraftstoffkompensation so eingestellt werden, dass der sich ergebende Lambdaverlauf weniger gestört ist und sich einem vorgegebenen Sollwert in einem kurzen Zeitintervall annähert. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt die Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Adaption der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem auf einem stationären Prüfstand, auf dem bei entsprechend durchgeführten Lastsprüngen eine umfangreiche Identifikationsmessung der Betriebsparameter der Verbrennungsmaschine durchgeführt wird. Durch Variation der ermittelten Werte mittels eines Streckenmodells werden die Betriebsparameter derart eingestellt, dass sich der theoretisch durch das Streckenmodell ermittelte Lambdawert einem vorgegebenen Sollwert annähert. In einer Auswertungseinrichtung wird aus den ermittelten Werten ein Faktor für die Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge errechnet und für unterschiedliche Motordrehzahlen, Motortemperaturen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patenanspruches 1 genannten Merkmalen.
Bei nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen stellt das den Zylindern zugeführte Luft-Kraftstoffverhältnis einen wichtigen Kennwert dar. Bei der Kraftstoffzuführung mittels Saugrohreinspritzung gelangt nicht die gesamte von den Einspritzventilen abgespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum der Zylinder. Ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes bleibt an der Wandung des Saugrohres haften und steht somit nicht der Verbrennung zur Verfügung. Eine Teilmenge des an der Wandung anhaftenden Kraftstoffes tritt erst bei der nächsten Einspritzung mit in den Brennraum ein. Dadurch weicht die tatsächlich in den Brennraum eintretende Kraftstoffmenge von der geforderten und errechneten Kraftstoffmenge ab. Das Betriebsverhalten der Verbrennungskraftmaschine wird beeinträchtigt und die Emissionswerte des Motors werden verschlechtert. Bei einem stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine können diese Effekte aufgrund der konstant zugeführten Kraftstoffmengen unberücksichtigt bleiben. Der auftretende Wandfilmeffekt kann im Beschleunigungs- und Verzögerungsfall durch die sich ändernden Kraftstoffmengen nicht unberücksichtigt bleiben. Es ist bekannt, in Abhängigkeit vom Lastsignal des Motors den Wert der zu dosierenden Kraftstoffmenge so zu korrigieren, dass der im Wandfilm gespeicherte Kraftstoff bei der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge berücksichtigt wird. Bei einer Lasterhöhung wird ein Kraftstoffmehrverbrauch und bei einer Lastminderung eine entsprechende Kraftstoffmindermenge berechnet. Zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge sind verschiedenartige Lösungen vorbekannt.
So ist durch die DE 41 15 211 A1 ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine für Last, Drehzahl und Temperatur sowie mindestens einer Sauerstoffsonde im Abgasrohr vorbekannt, die Mittel zur Bestim mung eines Grundeinspritzmengensignals sowie eines Übergangskompensationssignals zur Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleunigungs- und Verzögerungsfall aufweist. Zusätzlich sind Mittel zur Kennfeldspeicherung eines Wandfilmmengensignals sowie zwei Aufteilungsfaktoren für den Beschleunigungs- und Verzögerungsfall vorgesehen. Außerdem sind Mittel zur Bildung eines Korrektursignals sowie zweier Korrektursignale für die zwei Aufteilungsfaktoren sowie Mittel zur Adaption der einzelnen Korrekturfaktoren vorgesehen. Für die Änderung der Korrekturfaktoren im Zusammenhang mit der Adaption werden drei Möglichkeiten angegeben. Erstens die Berechnung, zweitens eine Abschätzung der Fehlermenge und inkrementelle Berechnung und drittens eine inkrementelle Verstellung basierend auf der Auswertung der Sauerstoffanodenspannung.
Vorbekannt ist aus der WO 97/39234 ein Wandfilmmodell, bei dem die Grundapplikationswerte auf der Basis des Ausgangssignals einer Lambdasonde derart adaptiert werden, dass die dynamischen Abweichungen dieses Ausgangssignals von einem Sollwert minimiert werden.
Gemäß der DE 42 13 425 C2 erfolgt die Regelung anhand der Abweichung zwischen einem Soll- und Istlambdawert, mit der ein Korrekturfaktor für den Anhaftungswert gebildet wird. Entsprechend dem korrigierten Anhaftungswert und dem Verdampfungswert werden die Treibstoff-Einspritzmengen neu bestimmt und geregelt.
Aus der DE 40 40 637 C2 ist ein Steuersystem bekannt, bei dem die Wandfilmmenge und ein Absteuerfaktor abspeicherbar sind und diese gespeicherten Werte mittels eines Lernverfahrensblocks den veränderten Betriebsbedingungen im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeuges angepasst werden können.
Allen diesen Verfahren liegt zugrunde, dass die Werte zum Errechnen der bei einer Laständerung erforderlichen Mehr- oder Mindereinspritzmenge von Kraftstoff während des normalen Fahrbetriebes ermittelt werden. Die Berechnung erfolgt dann durch nichtlineare Modelle. Eine optimale Einstellung der Betriebsparameter des Motors und der Kraftstoffeinspritzmenge ist nicht möglich, da bei Veränderung eines Parameters gleichzeitig die anderen Betriebsparameter beeinflusst werden. Durch die Lastsprünge und die damit verbundenen starken Veränderungen der Lambda werte erfolgt durch die Übergangskompensation nur eine allmähliche Angleichung des Lambdaverlaufes an einen vorgegebenen Lambdaverlauf. Während des eigentlichen Lastsprunges ist trotz der durchgeführten Kompensation der Kraftstoffmenge der Lambdaverlauf gestört, so dass das Betriebsverhalten und die Emissionswerte der Brennkraftmaschine negativ beeinflusst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Regelung der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem im Fahrbetrieb bei Lastsprüngen des Motors die Betriebsparameter des Motors und die Krafftstoffkompensation so eingestellt werden, dass der sich ergebende Lambdaverlauf weniger gestört ist und sich einem vorgegebenen Sollwert in einem kurzen Zeitintervall annähert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt die Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Adaption der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem auf einem stationären Prüfstand, auf dem bei entsprechend durchgeführten Lastsprüngen eine umfangreiche Identifikationsmessung der Betriebsparameter der Verbrennungsmaschine durchgeführt wird. Durch Variation der ermittelten Werte mittels eines Streckenmodells werden die Betriebsparameter derart eingestellt, dass sich der theoretisch durch das Streckenmodell ermittelte Lambdawert einem vorgegebenen Sollwert annähert. In einer Auswertungseinrichtung wird aus den ermittelten Werten ein Faktor für die Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge errechnet und für unterschiedliche Motordrehzahlen, Motortemperaturen und Lastsprünge jeweils ein Kennfeld für den Faktor der Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge für die jeweils ermittelten optimalen Betriebsparameter erstellt und mittels Validierungsmessung überprüft. Die erstellten Kennlinienfelder werden in dem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine abgelegt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass auf einem stationären Prüfstand die Betriebsparameter der Verbrennungsmaschine bei unterschiedlichen Motordrehzahlen, Motortemperaturen und bei unterschiedlichen Lastsprüngen derart variiert werden, dass optimale Betriebsverhältnisse bei einem vorgegebenen Lambdawert eingestellt werden können. Durch die Variation der Betriebsparameter werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in kurzer Zeit für alle Betriebspunkte der Verbrennungsmaschine die dazugehörigen optimalen Parameter ermittelt. Aus der jeweiligen optimalen Einstellung lässt sich dann problemlos der Faktor für die Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge bestimmen sowie die dazugehörigen Kennfelder erstellen. Die Kennfelder weisen gegenüber den während des Fahrbetriebs ermittelten Übergangskompensationswerten eine höhere Genauigkeit auf, so dass bei einem Einsatz der erfindungsgemäß erstellten Kennlinienfeder im Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine das Betriebsverhalten und die Emissionswerte der Brennkraftmaschine bei Lastsprüngen weniger negativ beeinflusst wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die ermittelten Kennlinienfelder für unterschiedliche Motordrehzahlen, Motortemperaturen und unterschiedliche Lastsprünge erstellt werden. Damit sind für alle Betriebspunkte und für unterschiedliche Lastsprünge Kennlinienfelder bzw. Kennlinien im Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine ablegbar, mit der bei optimierten Betriebsparametern die bei einem Lastsprung benötigte Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge entnehmbar ist. Das hat zur Folge, dass beim Lastwechsel während des Fahrbetriebs der sich einstellende Lambdaverlauf sich einem vorgegebenen Sollwert stark annähert und gegenüber den bekannten Verfahren einen weniger gestörten Verlauf einnimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: die schematische Darstellung des Lambdaverlaufes bei Laständerungen,
2: eine schematische Darstellung des Regelverfahrens zur Ermittlung der Übergangskompensation bei optimierten Betriebsparametern,
3: die schematische Darstellung des Lambdawertes und der Kraftstoffmindermenge bei einem Verzögerungszustand des Motors,
4: die schematische Darstellung des optimierten und nicht optimierten Lambdaverlaufes bei einem Verzögerungszustand des Motors.
Die Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Adaption der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine erfolgt auf einem an sich bekannten Rollenprüfstand in mehreren Schritten. Auf dem Prüfstand werden bei jeweils unterschiedlichen konstanten Motordrehzahlen und unterschiedlichen Motortemperaturen Lastsprünge mit unterschiedlicher Höhe erzeugt. Mittels Identifikationsmessung werden für die jeweils einzelnen Motordrehzahlen, Motortemperaturen und Lastsprünge die momentanen Betriebsparameter der Verbrennungsmaschine in einer Auswertungseinrichtung gespeichert. Damit die Messwerte nicht beeinflusst werden, sind die Regelfunktionen des Motors, wie zum Beispiel Lambdaregler und Lambdaadaption, während des Messvorganges unterdrückt.
In der 1 ist das Ergebnis einer Identifikationsmessung schematisch dargestellt. Aus dem oberen Diagramm in 1 sind die durchgeführten Lastsprünge dargestellt, wobei aus dem Diagramm zwei positive und zwei negative Lastsprünge ersichtlich sind. In dem unteren Diagramm ist der aus den Lastsprüngen ersichtliche Lambdaverlauf dargestellt. Aus dem aufgezeichneten Verlauf ist die Ausmagerung des Lambdawertes bei positiven Lastsprüngen und die Anfettung bei negativen Lastsprüngen aufgrund des Wandfilmeffektes zu erkennen. Analoge Diagramme werden auch für die anderen Betriebsparameter wie Kraftstoffmenge, Luftfüllung, Motordrehzahl, Motortemperatur, Drosselklappenstellung und Zündwinkelverstellung erstellt.
In einem weiteren Schritt erfolgt für die jeweiligen Lastsprünge mittels eines Streckenmodells eine Optimierung der Betriebsparameter in der Art, dass sich bei Variation der Betriebsparameter der dabei errechnete und sich einstellende Lambdawert einem vorgegebenen Sollwert annähert bzw. entspricht. In der 2 ist schematisch die entsprechende Regelung dargestellt. Dabei sind mit 1 die Werte der Identifikationsmessung gekennzeichnet. Mit 4 ist der Motor und der damit verbundene Prozess dargestellt. Das Optimierungsverfahren 5 basiert auf einem Modell der Übergangskompensations-Funktion 2 und einem Streckenmodell 3. Der integrierte Algorithmus versucht nun durch Variation der Betriesparameter die zusätzliche Kraftstoffmehr- bzw. die Kraftstoffmindermenge zu berechnen, die nötig ist, um einen theoretisch ermittelten Lambdawert λ_th an einen vorgegebenen Sollwert anzunähern. Der nach der Regelung gemessene Lambdawert λ_gem würde dann somit dem λ-Sollwert entsprechen. Die Optimierung der Betriebsparameter erfolgt für alle Arbeitspunkte der Übergangskompensation. Die bei angenähertem Lambdasollwert ermittelten optimalen Betriebsparameter und der ermittelte Faktor für die Übergangskompensation zum Errechnen der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge wird in einer nicht dargestellten Auswertungseinrichtung gespeichert und abgelegt.
In der 3 ist in dem oberen Diagramm schematisch der Lambdaverlauf bei einer durchgeführten Verzögerung dargestellt. Dabei ist mit 8 ein zu erreichender λ-Sollwert, mit 7 der Lambdaverlauf ohne Optimierung und mit 6 der Lambdaverlauf bei durchgeführter Optimierung dargestellt. Aus der Darstellung ist erkennbar, dass der simulierte Lambdawertverlauf 6 nach einem negativen Lastsprung nicht so stark einbricht wie der ohne Simulierung gemessene Lambdawert 7. Im unteren Diagramm der 3 ist die errechnete Kraftstoffmindermenge dargestellt, die bei einem optimierten Lambdawertverlauf 6 benötigt wird.
In der Auswertungseinrichtung wird in einem weiteren Schritt für die unterschiedlichen Motordrehzahlen, Motortemperaturen und Lastsprünge aus den gespeicherten Werten jeweils ein Kennfeld für den Faktor der Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge für die jeweils ermittelten optimalen Betriebsparameter erstellt.
Nach der Erstellung der Kennfelder erfolgt auf dem Prüfstand eine Validierungsmessung. Dabei wird die Übergangskompensation aktiviert und die erstellten Kennlinienfelder der optimierten Parameter werden im Steuergerät der Verbrennungskraftma schine gespeichert abgelegt. Bei konstanten Drehzahlen werden automatisch Lastsprünge verschiedener Höhe generiert. Parallel dazu wird der Lambdaverlauf gemessen und aufgezeichnet. In der 4 ist im oberen Diagramm wiederum ein positiver und ein negativer Lastsprung dargestellt. In dem unteren Diagramm ist der dazugehörige Lambdaverlauf dargestellt. Die Kurve 9 zeigt dabei den Lambdaverlauf, der sich bei Einsatz des erfindungsgemäßen erstellten Kennlinienfeldes ergibt. Die Kurve 10 zeigt den Lambdaverlauf bei einer nach dem Stand der Technik verwendeten Übergangskompensation. Aus den beiden Kurven kann man eindeutig erkennen, dass der Lambdaverlauf bei Verwendung des erfindungsgemäß erstellten Kennlinienfeldes gegenüber dem Stand der Technik viel weniger gestört ist.

1: Identifikationsmessung
2: Funktion der Übergangskompensation
3: Streckenmodell
4: Motor
5: Optimierung
6: durch Modellrechnung ermittelter Lambdawert
7: ohne Optimierung sich einstellender Lambdawert
8: Solllambdawert
9: Lambdaverlauf nach Optimierung
10: Lambdaverlauf ohne Optimierung
λ_gem: gemessener Lambdawert
λ_th: theoretisch ermittelter Lambdawert

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Kennlinienfeldes zur Adaption der Kraftstoff-Wandfilmkompensationsmenge mittels Kraftstoffregelsystem bei einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – auf einem Prüfstand für eine Vielzahl von unterschiedlichen konstanten Motordrehzahlen und Motortemperaturen Lastsprünge mit unterschiedlicher Höhe erzeugt und dabei bei Unterdrückung der Regelfunktionen des Verbrennungsmotors die momentanen Betriebsparameter der Verbrennungsmaschine in einer Auswertungseinrichtung gespeichert werden, – für die jeweiligen Lastsprünge bei einer Variation der Betriebsparameter des Motors mittels einer Streckenmodellregelung die Betriebsparameter derart eingestellt werden, dass sich dabei der theoretisch durch die Streckenmodellregelung ermittelte Lambdawert einem vorgegebenen Sollwert annähert, – in der Auswertungseinrichtung anhand der ermittelten Betriebsparameter ein Faktor für die Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge errechnet wird, – die bei einem an den Lambdasollwert angenäherten bzw. gleichen Lambdaistwert ermittelten optimalen Betriebsparameter des Motors und der Faktor für die Übergangskompensation gespeichert werden, – in der Auswertungseinrichtung für die unterschiedlichen Motordrehzahlen, Motortemperaturen und Lastsprünge aus den gespeicherten Werten jeweils ein Kennfeld für den Faktor der Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge für die jeweils ermittelten optimalen Betriebsparameter erstellt wird, – zu den erstellten Kennfeldern eine Validierungsmessung auf dem Prüfstand durchgeführt wird, – die für einen Motortyp erstellten Kennfelder in einem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine gespeichert abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter des Motors der Lambdawert, die Kraftstoffmenge, die Luftfüllung, die Motordrehzahl, die Motortemperatur, die Drosselklappenstellung und die Zündwinkelverstellung berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Faktors der Übergangskompensation zum Ermitteln der zusätzlichen Kraftstoffmehr- bzw. Kraftstoffmindermenge mittels eines im Streckenmodell integrierten Algorithmus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung der Betriebsparameter für alle Arbeitspunkte der Übergangskompensation erfolgt.