DE19611497A1

DE19611497A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19611497A1
Application number: DE1996111497
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Streib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-03-23
Filing date: 1996-03-23
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2016-03-24
Also published as: DE19611497B4

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der EP-A 401 224 (US-Patent 5 327 865) ist eine Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein Leistungsstellelement (Drosselklappe) der Brennkraftmaschine im Rahmen eines die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine regelnden Regelkreises abhängig von einem Vorgabewert eingeregelt wird. Treten bei einem derartigen Regelkreis Fehlerzustände im Bereich der Erfassung der die Luftzufuhr kennzeichnenden Größe auf, kann es zu ungewollten Betriebszuständen kommen, da das Leistungsstellelement nicht mehr dem Vorgabewert entsprechend eingestellt werden kann. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit des Steuersystems im Fehlerfall ist ein zweites Erfassungsorgan vorgesehen, auf welches im Fehlerfall umgeschaltet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Verbesserung der Verfügbarkeit einer Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die auf eine doppelte Auslegung des Erfassungsorgans für die die Luftzufuhr kennzeichnende Größe verzichten und dennoch eine komfortable und sichere Notfahrmöglichkeit anbieten.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die Verfügbarkeit der Leistungssteuerung wird auch ohne doppelte oder gar dreifache Ausführung des Erfassungsorgans für die die Luftzufuhr kennzeichnende Größe erreicht. Besondere Vorteile ergeben sich dadurch bei einer Leistungssteuerung, bei welcher ein Leistungsstellelement im Rahmen eines Lastregelkreises eingestellt wird, ohne daß die Lage des Leistungsstellelements erfaßt wird. Auch bei einer solchen Steuerung wird ein Notfahrbetrieb im Fehlerfall bereitgestellt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden in vorteilhafter Weise sowohl die Startphase als auch der Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine zufriedenstellend beherrscht.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die erfindungsgemäße Lösung eine Motorleistungssteuerung ermöglicht ist, bei der weder die Lage des Leistungsstellelements noch die Last der Brennkraftmaschine verwertet wird.

Durch die Einbeziehung der Gemischzusammensetzung wird auch im Fehlerfall eine Leistungssteuerung ermöglicht, die ein befriedigendes Abgasverhalten aufweist. Dabei wird in vorteilhafter Weise die auszugebende Einspritzmenge gefiltert, so daß die Dynamik des auf der Gemischzusammensetzung beruhenden Regelkreises nicht überfordert wird.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei einem System, bei welchem die Last auf der Basis des gemessenen Winkels einer Drosselklappe bestimmt wird. Wird dieser Lagesensor der Drosselklappe zur Leistungssteuerung ausgewertet, wird in vorteilhafter Weise gemäß der erfindungsgemäßen Lösung bei Ausfall dieses Lagesensors ein Notlaufbetrieb bereitgestellt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung für die Leistung einer Brennkraftmaschine, während in den Fig. 2 und 3 für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel Flußdiagramme dargestellt sind, welche die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung als Rechenprogramm eines Mikrocomputers darstellen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine dargestellt, welche über ein Ansaugsystem 12 und ein Auslaßsystem 14 verfügt. Im Ansaugsystem 12 ist eine elektrisch betätigbare Drosselklappe 16 angeordnet, die über eine mechanische Verbindung 18 mit einem Stellmotor 20 verbunden ist. Ferner ist im Ansaugsystem 12 eine Meßeinrichtung 22 vorgesehen, welche die zur Brennkraftmaschine 10 fließende Luft erfaßt. Dabei handelt es sich um einen Luftmassen-, Luftmengenmesser, einen Saugrohrdruckfühler, einen Lagesensor für die Drosselklappe 16 oder eine Meßeinrichtung für das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment bzw. der abgegebenen Leistung. Im Auslaßsystem 14 ist eine Meßeinrichtung 24 zur Erfassung der Abgaszusammensetzung vorgesehen. Ferner ist eine elektronische Steuereinheit 26 gezeigt, die aus einer Eingangsschaltung 28, einer Ausgangsschaltung 30 und wenigstens einem Mikrocomputer 32 besteht. Eingangsschaltung, Ausgangsschaltung und Mikrocomputer sind über ein Kommunikationssystem 34 zum gegenseitigen Informations- und Datenaustausch verbunden. Der Eingangsschaltung 28 sind folgende Eingangsleitungen zugeführt: Von der Meßeinrichtung 22 eine Eingangsleitung 36, von der Meßeinrichtung 24 eine Eingangsleitung 38, von einer Meßeinrichtung 40 zur Erfassung des Betätigungsgrades eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements 42 eine Eingangsleitung 44, in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel von einer Meßeinrichtung 46 zur Erfassung des durch den Stellmotor fließenden Stroms eine Eingangsleitung 48 sowie von Meßeinrichtungen 50 bis 52 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs Eingangsleitungen 54 bis 56. Derartige Betriebsgrößen sind beispielsweise Motordrehzahl, Motortemperatur, Batteriespannung, etc. Die Ausgangsschaltung 30 ist über eine Ausgangsleitung 58 mit dem Stellmotor 20 bzw. seiner Endstufenschaltungsanordnung verbunden. Ferner sind Ausgangsleitungen 60, 62, 64 und 66 vorgesehen, mit denen die elektronische Steuereinheit 26 im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Vier-Zylinder-Motors wenigstens die Einspritzung in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine, in anderen Ausführungsbeispielen auch den Zündzeitpunkt, beeinflußt.

Im Normalbetrieb erfaßt die elektronische Steuereinheit 26, dort der wenigstens eine Mikrocomputer 32, über den Betätigungsgrad des Fahrpedals den Leistungswunsch des Fahrers. Aus diesem Meßwert ermittelt der Mikrocomputer 32, gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, Motortemperatur, Motorlast, etc. einen Einstellsollwert für die Drosselklappe, der im Rahmen eines Regelkreises durch entsprechende Ausgabe einer Ansteuersignalgröße für den Stellmotor eingestellt wird. Der Regelkreis ist dabei je nach Ausgestaltung der Meßeinrichtung 22 und der weiteren Verarbeitung des Signals (z. B. Berechnung des Drehmoments aus Luftmasse und Drehzahl) ein Luftmassen-, Luftmengen-, Saugrohrdruck-, Lage-, Leistungs- oder Drehmomentenregelkreis. Ferner bildet der Mikrocomputer 32 Ansteuersignale für die Einspritzventile auf der Basis von Motordrehzahl und Motorlast nach Maßgabe eines vorgegebenen Kennfelds, dessen Ausgangsgröße zumindest in der Abhängigkeit der Batteriespannung korrigiert wird.

Fällt bei einem derartigen System die Meßeinrichtung 22, die Signalübertragung oder die Auswertung der Signalgröße aus, so kann die Regelung nicht fortgeführt werden. Erfindungsgemäß ist daher ein Notlaufbetrieb vorgesehen, bei dem in einem solchen Fehlerfall die Einspritzmenge als Funktion der Fahrpedalbetätigung vorgegeben wird. Die Ansteuersignalgröße für das Leistungsstellelement wird dann nach Maßgabe der erfaßten Gemisch-Zusammensetzung korrigiert. Dies kann beispielsweise als reine Steuerung des Stroms durch den Stellmotor oder als Regelung des Stroms durch den Stellmotor ausgeführt sein. Wird ein zu fettes Gemisch festgestellt, so bedeutet dies, daß die Drosselklappe zu weit geschlossen ist. Der Motorstrom wird daraufhin in Richtung größerer Drosselklappenwinkel eingestellt. Umgekehrt wird bei zu magerem Gemisch der Motorstrom entsprechend kleinerer Drosselklappenwinkel angepaßt. Um die Dynamik dieses Gemischregelkreises nicht zu überfordern, wird die Einspritzmenge als Funktion der Fahrpedalstellung so gefiltert, daß die Änderung der Einspritzmenge pro Zeiteinheit begrenzt ist. Dabei ist die Filterwirkung bei kleineren Pedalstellungen kleiner als bei großen. Problematisch ist die Gemischregelung in Situationen, in denen kein zuverlässiges Signal für die Gemischzusammensetzung vorliegt, z. B. beim Start. Daher wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Leistungsstellelement eingesetzt, welches bei stromlosem Stellmotor eine definierte Notluftposition einnimmt. In den oben beschriebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine wird daher die Bestromung abgeschaltet, wobei sich die Drosselklappe in ihrer vorbestimmten Notluftposition befindet. Damit ist Klappenwinkel und Luftzufuhr bekannt und die Einspritzmenge wird auf der Basis dieses bekannten Winkels und der aktuellen Motordrehzahl sowie beim Start auf der Basis der Startkorrekturfaktoren bestimmt. Ist die Sonde für die Abgaszusammensetzung betriebsbereit, steht also ein entsprechendes Signal zur Verfügung, oder der Betriebszustand beendet (beim Start z. B. bei Überschreiten einer Drehzahl, einer vorgegebenen Zeit nach Schließen des Zündschalters) wird die Gemischregelung aufgenommen. Weist das Leistungsstellelement keine mechanisch vordefinierte Notluftposition auf, so wird während der Startphase eine vorgegebene Ansteuersignalgröße ausgegeben, welche die Drosselklappe in eine vorbestimmte Leerlaufposition führt. Auf der Basis dieser vorbekannten Position wird dann die Einspritzmenge bestimmt. Die Ansteuersignalgröße kann dabei betriebsgrößenabhängig sein (z. B. temperatur-, batteriespannungsabhängig, etc.).

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Lösung ist in den Flußdiagrammen nach Fig. 2 und 3 dargestellt, die eine Realisierung als Programm des Mikrocomputers 32 skizzieren.

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Programmteil wird in vorgegebenen Zeitintervallen, z. B. einige Millisekunden, eingeleitet. Im ersten Schritt 100 nach Start des Programmteils wird überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in ihrer Startphase befindet. Als Startphase gilt dabei die Betriebsphase vom Schließen des Zündschalters bis zur Betriebsbereitschaft der λ-Sonde, bis zum Erkennen eines auswertbaren Signals der λ-Sonde, bis zum Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne. Befindet sich die Brennkraftmaschine in ihrer Startphase, so wird gemäß Schritt 102 nach Fig. 3 der Stellmotor stromlos geschaltet oder in einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit einem vorgegebenen Stromwert, das heißt einer vorgegebenen Ansteuersignalgröße, versorgt. Daraufhin werden im Schritt 104 der bekannte, gespeicherte Drosselklappenwinkel αNLP, der auch betriebsgrößenabhängig (Temperatur und/oder Batteriespannung) abgespeichert ist, und die Motordrehzahl Nmot eingelesen und die Einspritzzeit Ti nach einem vorgegebenen Kennfeld auf der Basis des Drosselklappenwinkels αNLP und der Motordrehzahl Nmot bestimmt und ausgegeben. Daraufhin wird gemäß Schritt 106 überprüft, ob die Startphase abgeschlossen ist, somit ein λ- Signal zur Verfügung steht. Ist dies der Fall, wird eine entsprechende Marke gesetzt (Schritt 108), im anderen Fall wird der Programmteil wie auch nach Schritt 108 beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.

Befindet sich gemäß Schritt 100 die Brennkraftmaschine nicht in der Startphase, so wird gemäß Schritt 110 das die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine repräsentierende Signal HFM, die Fahrpedalstellung β, das λ-Signal, weitere Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Motordrehzahl, Batteriespannung, etc. und in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der durch den Stellmotor fließende Strom I eingelesen. Daraufhin wird im Abfrageschritt 112 überprüft, ob das Signal für die Luftzufuhr fehlerbehaftet ist. Dies wird beispielsweise anhand von Signalbereichsüberprüfungen (signal range check) oder durch Plausibilitätsüberprüfungen mit der Motordrehzahl und Fahrpedalstellung festgestellt. Weist das Signal keinen Fehler auf, wird die Einstellsollgröße DK_Soll für das Stellelement gemäß Schritt 114 aus einem vorgegebenen Kennfeld, einer vorgegebenen Kennlinie, einer Tabelle oder Berechnungsschritten nach Maßgabe der Fahrpedalstellung β sowie gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen bestimmt. Im darauffolgenden Schritt 116 wird die Ansteuersignalgröße τ, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel das Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals ist, nach Maßgabe einer vorgegebenen Reglergleichung, z. B. PID, auf der Basis von Drosselklappensollwert DK_Soll und Signals HFM bestimmt. Parallel dazu wird gemäß Schritt 118 die Einspritzzeit Ti in bekannter Weise auf der Basis des Signals HFM, der Motordrehzahl, der Abgaszusammensetzung und gegebenenfalls weiterer Betriebsgrößen berechnet. Im darauffolgenden Schritt 120 werden Ansteuersignal und Einspritzimpuls ausgegeben, der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.

Wurde in Schritt 112 festgestellt, daß das Meßsignal für die Luftzufuhr fehlerbehaftet ist, so wird gemäß Schritt 122 die Einspritzzeit Ti auf der Basis von Fahrpedalstellung β sowie weiterer Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, Batteriespannung, etc. nach Maßgabe eines vorgegebenen Kennfelds, einer vorgegebenen Tabelle oder entsprechenden Berechnungsschritten gebildet. Im darauffolgenden Schritt 124 wird die Änderungsgeschwindigkeit der Einspritzzeit abhängig von der Fahrpedalstellung β gefiltert, wobei die Filterwirkung umso kleiner ist, je kleiner die absolute Fahrpedalstellung ist. Dies bedeutet, daß im unteren Teillastbereich die Änderung der Einspritzzeit weniger stark begrenzt ist als im oberen Teillastbereich. Daraufhin wird gemäß Schritt 126 überprüft, ob die gemessene Abgaszusammensetzung λ größer als ein vorgegebener Wert λ0 ist. Dieser Wert ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel 1, was einem stöchiometrischen Gemisch entspricht. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird der vorgegebene Wert λ0 in wenigstens einem Betriebszustand in den mageren Bereich, das heißt zu größeren Werten hin, verändert. Ist der gemessene λ-Wert größer als der vorgegebene Wert, so wird das Ansteuersignal τ für den Stellmotor für die Drosselklappe um einen vorgegebenen Betrag τ0 reduziert (Schritt 128). Ist der gemessene λ-wert nicht größer als der vorgegebene Wert, so wird gemäß Schritt 130 überprüft, ob er kleiner als der vorgegebene Wert ist. In diesem Fall wird gemäß Schritt 132 die Ansteuersignalgröße τ um einen vorgegebenen Betrag τ0 erhöht. Ist gemäß Schritt 130 der gemessene λ-Wert nicht kleiner λ0, so wird von einer korrekten Einstellung der Luftzufuhr ausgegangen und gemäß Schritt 134 der dann vorliegende Ansteuersignalwert τ ebenso wie die in Schritt 128 und 132 korrigierten Werte ausgegeben, der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt. Die Ansteuersignalgröße τ wird dabei auf der Basis der ermittelten Einspritzzeit Ti (oder der Fahrpedalstellung β) nach Maßgabe einer vorgegebenen Kennlinie oder bei Berücksichtigung anderer Betriebsgrößen, wie Motordrehzahl, Gangstellung, etc. auf der Basis eines vorbestimmten Kennfeldes bestimmt.

Der feste Wert τ0 ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel fest vorgegeben. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird dieser Wert je nach Differenz zwischen gemessenem λ-wert und vorgegebenem λ-Wert gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Motordrehzahl aus einer vorbestimmten Kennlinie oder Kennfeld abgeleitet, so daß die Übereinstimmung des gemessenen λ-Wertes und des vorgegebenen λ-wertes im Idealfall durch eine einzige Korrektur der Ansteuersignalgröße erreicht wird.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Ansteuersignalgröße τ im Rahmen eines Stromregelkreises bestimmt. Danach wird auf der Basis der Einspritzzeit Ti (oder der Fahrpedalstellung β) nach Maßgabe einer vorgegebenen Kennlinie oder bei Berücksichtigung anderer Betriebsgrößen, wie Motordrehzahl, Gangstellung, etc. auf der Basis eines vorbestimmten Kennfeldes ein Stromsollwert I_Soll für den Strom durch den Stellmotor des Leistungsstellelements gebildet. Dieser Sollwert wird nach Maßgabe der Abweichung des gemessenen λ-Wertes vom vorgegebenen korrigiert und im Rahmen eines Stromregelkreises nach Maßgabe des gemessenen Stellerstroms durch einen Regler mit Proportional-, Integral- und/oder Differentialanteil eingeregelt.

Wird anstelle des Meßsignals für die Luftzufuhr (Luftmasse, Luftmenge, Druck, Lage des Stellelements) ein Drehmomenten- oder Leistungssignal erfaßt oder berechnet und das Stellelement im Rahmen eines entsprechenden Regelkreises eingestellt, werden die in den Fig. 2 und 3 beschriebenen Maßnahmen entsprechend angewendet. Die erfindungsgemäßen Notlaufmaßnahmen werden dann eingeleitet, wenn in den Meßsignalen oder den der Berechnung zugrundeliegenden Signale bzw. der Berechnung selbst ein Fehler auftritt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine, wobei die Betätigung eines Bedienelements durch den Fahrer erfaßt und daraus den Fahrerwunsch abgeleitet wird, wobei ein Leistungsstellelement abhängig von dem Fahrerwunsch eingestellt wird, wobei ein mit der Stellung des Leistungsstellelements zusammenhängendes Signal erfaßt wird und das Leistungsstellelement im Rahmen eines Regelkreises mit einer aus diesem Signal abgeleiteten Istgröße eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall oder Fehler dieses Signals die Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine auf der Basis des Fahrerwunsches eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsstellelement nach Maßgabe der Gemischzusammensetzung gesteuert oder geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch den Stellmotor des Leistungsstellelements als Funktion der Gemischzusammensetzung geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge als Funktion des Betätigungsgrades des Bedienelements im Sinne einer Begrenzung der Änderung der Einspritzmenge pro Zeiteinheit gefiltert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Startphase der Brennkraftmaschine eine definierte Stellung des Leistungsstellelements eingenommen wird und die Einspritzmenge auf der Basis dieser Stellung und wenigstens der Motordrehzahl bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein Signal eines Luftmassensensors, Luftmengensensors, Lagesensors für eine Drosselklappe, Saugrohrdrucksensors, eines Drehmomentensensors ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsstellelement eine elektrisch betätigbare Drosselklappe ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Startphase vom Schließen des Zündschalters wenigstens solange andauert, bis ein Signal für die Gemischzusammensetzung zur Verfügung steht.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterwirkung mit zunehmender Pedalstellung stärker wird.

10. Vorrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine, mit einer elektronischen Steuereinheit, die ein mit der Stellung eines Leistungsstellelements in Zusammenhang stehendes Signal empfängt, die ein Betätigungssignal eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements empfängt und daraus den Fahrerwunsch ableitet, die ein Ansteuersignal für das Leistungsstellelement im Rahmen eines Regelkreises bildet, mit dem Fahrerwunsch als Sollgröße und einer aus dem mit der Stellung des Leistungsstellelements im Zusammenhang stehenden Signal abgeleiteter Istgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit bei Ausfall oder Fehler in diesem Signal die Einspritzmenge als Funktion des Fahrerwunsches vorgibt.