DE19740915B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
bei dem Luft über
eine in einem Ansaugrohr (6) angeordnete Drosselklappe (8) einem
Brennraum (4) zugeführt
wird, und bei dem der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom (mshfm) ermittelt
wird, wobei aus dem dem Ansaugrohr (6) zugeführten Massenstrom (mshfm) zuerst
ein Druck (ps) nach der Drosselklappe (8) und dann eine Luftfüllung (rl)
im Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom
(mshfm) mit der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1) zu einer
Rohluftfüllung
(rlroh) verknüpft
wird, dass die ermittelte Luftfüllung
(rl) mit der Rohluftfüllung
(rlroh) verglichen wird und dass aus dem Vergleichsergebnis mittels
eines Integrators (23) der Druck (ps) nach der Drosselklappe (8)
ermittelt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Des weiteren betrifft die Erfindung ein Steuerelement gemäß Anspruch 8 und eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
- Die Anforderungen an eine moderne Brennkraftmaschine im Hinblick auf eine Reduktion des verbrauchten Kraftstoffs und der ausgestoßenen Abgase werden immer höher. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine weiter zu verbessern, insbesondere die zuzumessende Kraftstoffmasse noch genauer zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird bei bekannten Brennkraftmaschinen der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit Hilfe eines Luftmassensensors, z.B. eines sogenannten HFM-Sensors bestimmt. Der auf diese Weise ermittelte Massenstrom wird dann dazu verwendet, die zugehörige einzuspritzende Kraftstoffmasse zu berechnen, die erforderlich ist, um einen von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs gewünschten Fahrzustand, also beispielsweise eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, zu erreichen.
- Bei der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse ist es vorteilhaft, die Luftfüllung, insbesondere die relative Luftfüllung des Brennraums zu berücksichtigen. Es ist jedoch nicht möglich, diese Luftfüllung mit einem Sensor zu messen. Aus diesem Grund ist schon versucht worden, diese Luftfüllung rechnerisch zu ermitteln.
- Aus der WO 95/04215 A1 ist ein Verfahren zur dynamisch korrekten Berechnung der Luftfüllung eines Zylinders bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Gaswechselsteuerung, beispielsweise mit verstellbarer Einlass- und/oder Auslassnockenwelle, insbesondere im instationären Betrieb bekannt. Dazu wird der Einfluss der Variation der Gaswechselsteuerung bei der Berechnung des Frischluftanteils an der Gasfüllung des Zylinders berücksichtigt.
- Aus der WO 96/32579 A1 ist die Berechnung der tatsächlichen der in den Zylinder einströmenden Luftmasse mit Hilfe eines Saugrohrfüllungsmodells bekannt, das aus den Eingangsgrößen Drosselklappenöffnungswinkel, Umgebungsdruck und Parametern, die die Ventilsteuerung repräsentieren, eine Lastgröße liefert, auf dessen Grundlage die Einspritzzeit bestimmt wird. Außerdem wird diese Lastgröße zur Prädiktion herangezogen, um die Lastgröße zu einem Zeitpunkt abzuschätzen, der mindestens einen Abtastschritt später liegt, als die aktuelle Berechnung der Einspritzzeit.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Berechnung der Luftfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine verbessert wird.
- Die Aufgabe wird mit den Merkmallen der Ansprüche 1, 8 oder 9 gelöst.
- Auf diese Weise ist es möglich, aus dem dem Ansaugrohr zugeführten Massenstrom die Luftfüllung im Brennraum zu berechnen. Insbesondere aufgrund des Zwischenschritts, also der Ermittlung des Drucks nach der Drosselklappe, kann dabei die Genauigkeit der Berechnung der Luftfüllung wesentlich verbessert werden. Dies ist vor allem dadurch möglich, dass der genannte Druck nach der Drosselklappe rückgekoppelt und bei der Ermittlung des dem Ansaugrohr zugeführten Massenstroms verwendet wird.
- Besonders zweckmäßig ist es, wenn der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu einer Rohluftfüllung verknüpft wird. Auf diese Weise wird der Massenstrom in eine Luftfüllung umgerechnet.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die ermittelte Luftfüllung mit der Rohluftfüllung verglichen. Dies stellt eine weitere Rückkopplung dar, mit der die Genauigkeit bei der Berechnung der Luftfüllung in dem Brennraum weiter verbessert wird.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Vergleichsergebnis mittels eines Integrators der Druck nach der Drosselklappe ermittelt. Dies stellt eine einfache, aber effektive Weise dar, den Druck nach der Drosselklappe zu berechnen.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit einem Faktor verknüpft wird, der von der Temperatur im Ansaugrohr abhängig ist. Auf diese Weise wird die Rohluftfüllung an die aktuellen Verhältnisse im Ansaugrohr angepaßt.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der ermittelte Druck nach der Drosselklappe mit einem berechneten Druck des in dem Brennraum verbliebenen Restgases verglichen. Damit ist es möglich, dasjenige Restgas in dem Brennraum der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, das nach einer Verbrennung nicht ausgestoßen wird, sondern in dem Brennraum verbleibt.
- Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem insbesondere als Speichermedium ausgebildeten Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß dieses mit dem Programm versehene Speichermedium in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist.
- Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
-
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und -
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine nach der1 . - In der
1 ist eine Brennkraftmaschine1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben2 in einem Zylinder3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder3 ist mit einem Brennraum4 versehen, an den über Ventile5 ein Ansaugrohr6 und ein Abgasrohr7 angeschlossen sind. Des weiteren sind dem Brennraum4 in nicht dargestellter weise ein Einspritzventil und eine Zündkerze zugeordnet. - In dem Ansaugrohr
6 ist eine drehbare Drosselklappe8 untergebracht, der in nicht dargestellter Weise ein Winkelsensor zugeordnet ist, mit dem die Winkelstellung der Drosselklappe8 gemessen werden kann. - Parallel zur Drosselklappe
8 ist ein Leerlaufsteller vorgesehen, der einen Bypass9 aufweist, in dem ein Ventil10 untergebracht ist. Mit dem Bypass9 wird die Drosselklappe8 umgangen, und mit dem Ventil10 kann der Durchfluß durch den Bypass9 beeinflußt werden. - Zwischen der Drosselklappe
8 und dem Brennraum4 mündet eine Tankentlüftung in das Ansaugrohr6 . Die Tankentlüftung weist ein Aktivkohlefilter11 auf, das über eine Leitung12 mit dem Ansaugrohr6 verbunden ist, wobei in der Leitung12 ein Ventil13 untergebracht ist. Über die Leitung12 kann Regeneriergas aus dem Aktivkohlefilter11 dem Brennraum4 zugeführt werden, und mit dem Ventil13 kann der Zufluß des Regeneriergases zu dem Ansaugrohr6 beeinflußt werden. - Vor der Drosselklappe
8 und dem Leerlaufsteller kann in dem Ansaugrohr6 ein Lader14 zwischengeschaltet sein, durch den die dem Ansaugrohr6 zugeführte Luft hindurchgeführt wird. Des weiteren kann vor dem Lader14 ein Luftmassensensor15 , insbesondere ein sogenannter HFM-Sensor untergebracht sein, durch den ebenfalls die Luft hindurchgeführt wird. Vorzugsweise ist in dem Abgasrohr7 ein Katalysator16 untergebracht. - Des weiteren ist die Brennkraftmasschine
1 mit einem Steuergerät17 versehen, das über entsprechende elektrische Verbindungen18 mit den Sensoren der Brennkraftmaschine1 , beispielsweise mit dem der Drosselklappe8 zugeordneten Winkelsensor, sowie mit den Aktoren der Brennkraftmaschine1 , beispielsweise mit den Ventilen10 ,13 gekoppelt ist. - In der
2 ist ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine1 dargestellt. Bei diesem Verfahren kann der beschriebene Leerlaufsteller und/oder die beschriebene Tankentlüftung vorhanden sein, muß aber nicht. - Entsprechendes gilt für den Lader
14 . Ist eines der genannten Elemente vorhanden, so muß das nachfolgend beschriebene Verfahren entsprechend angepaßt werden. - Der Luftmassensensor
15 ist vorhanden und erzeugt ein Ausgangssignal, das dem dem Ansaugrohr6 zugeführten und damit durch ihn hindurchfließenden Massenstrom mshfm entspricht. Es ist allerdings auch möglich, daß alternativ oder zusätzlich zu dem Luftmassensmesser15 ein Drucksensor vorhanden ist, der nach der Drosselklappe8 angeordnet ist, und aus dessen Ausgangssignal das Steuergerät17 den dem Ansaugrohr6 zugeführten, genannten Massenstrom mshfm mittels eines Modells berechnet. - Gemäß der
2 wird der dem Ansaugrohr6 zugeführte Massenstrom mshfm einem Schalter19 zugeführt, der in einem normalen Betriebszustand sich in der in der2 dargestellten Stellung befindet. Von dort wird der dem Ansaugrohr6 zugeführte Massenstrom mshfm einer Verknüpfungsstelle20 zugeführt. Wäre eine Tankentlüftung vorhanden, so müßte an dieser Stelle dem dem Ansaugrohr6 zugeführten Massenstrom mshfm ein zusätzlicher Massenstrom mste von der Tankentlüftung hinzugefügt werden. - An der Verknüpfungsstelle
20 wird das von dem Schalter19 kommende Eingangssignal durch ein weiteres Eingangssignal dividiert, das sich aus dem Produkt aus der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine1 und einem von dem Volumen des Zylinders3 der Brennkraftmaschine1 abhängigen Faktor Kmot ergibt. Dieses weitere Eingangssignal wird von der Verknüpfungsstelle21 erzeugt. - Das Ausgangssignal der Verknüpfungsstelle
20 stellt eine Rohluftfüllung rlroh des Brennraums4 der Brennkraftmaschine1 dar, die an einer Verknüpfungsstelle22 mit einer ermittelten aktuellen Luftfüllung rl des Brennraums4 verglichen wird. Bei der Rohluftfüllung rlroh handelt es sich dabei um einen Rohwert, aus dem durch nachfolgende Berechnungen die aktuelle Luftfüllung rl ermittelt wird. - Die von der Verknüpfungsstelle
22 gebildete Differenz wird einem Integrator23 zugeführt, der das zeitliche Verhalten der Luft bzw. der Gase in dem Anaugrohr6 darstellt. Das Ausgangssignal des Integrators23 wird mittels einer Verknüpfungsstelle24 mit einem Faktor fts multiplikativ verknüpft. Der Faktor fts stellt dabei eine Berücksichtung der Temperatur im Ansaugrohr6 der Brennkraftmaschine1 dar. Danach wird das Ausgangssignal der Verknüpfungsstelle24 mittels einer Verknüpfungsstelle25 auf einen Normdruck von 1013 hPa (Hekto-Pascal) normiert. Als Ausgangssignal ergibt sich dann ein berechneter Druck ps, der nach der Drosselklappe8 im Ansaugrohr6 vorhanden ist. Dieser Druck ps nach der Drosselklappe8 kann insbesondere für andere Berechnungen des Steuergeräts17 weiterverwendet werden. - Von dem Druck ps nach der Drosselklappe
8 wird an einer Verknüpfungsstelle26 ein Druck pirg abgezogen. Dieser Druck pirg entspricht demjenigen Druck im Brennraum4 , der sich daraus ergibt, daß nach einer Verbrennung immer ein gewisses Restgas aus dem Brennraum4 nicht ausgestoßen wird, sondern in dem Brennraum4 verbleibt. Insoweit handelt es sich bei dem Druck pirg um den Restgasdruck im Brennraum4 der Brennkraftmschine1 . - Der Druck pirg wird mittels einer Verknüpfungsstelle
27 gebildet, an der ein Faktor fh mit einem weiteren Eingangssignal multiplikativ verknüpft wird. Das weitere Eingangssignal ist dabei abhängig von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine1 und dem Drehwinkel 0NW der Nockenwelle der Brennkraftmaschine1 und wird von einem Kennfeld28 erzeugt. Der Faktor fh ergibt sich aus dem Umgebungsdruck bezogen auf 1013 hPa, wobei der Umgebungsdruck mittels eines Drucksensors gemessen oder mittels eines Modells von dem Steuergerät17 berechnet werden kann. - Die von der Verknüpfungsstelle
26 erzeugte Differenz wird einer Verknüpfungsstelle29 zugeführt, an der die Differenz mit einem Faktor fupsrl multiplikativ verknüpft wird. Der Faktor fupsrl dient der Umrechnung der Differenz in die zu berechnende aktuelle Luftfüllung rl in dem Brennraum4 der Brennkraftmaschine1 . - Der Faktor fupsrl wird von einer Verknüpfungsstelle
30 gebildet, der ein Faktor ftbr sowie ein weiteres Eingangssignal zugeführt sind. Das weitere Eingangssignal wird dabei von einem Kennfeld31 in Abhängigkeit von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine1 und dem Drehwinkel 0NW der Nockenwelle der Brennkraftmaschine1 erzeugt. Der Faktor ftbr berücksichtigt die Temperatur im Brennraum4 der Brennkraftmaschine1 , die beispielsweise aus der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine1 und ggf. weiteren Paramtern über ein Modell ermittelt werden kann. - Insgesamt wird somit nach der
2 aus dem dem Ansaugrohr6 zugeführten Massenstrom mshfm zuerst mittels eines Blocks32 der Druck ps nach der Drosselklappe8 und dann mittels eines Blocks33 die Luftfüllung rl in dem Brennraum4 der Brennkraftmaschine1 ermittelt. Auf der Grundlage der berechneten Luftfüllung rl kann dann die in den Brennraum4 einzuspritzende Kraftstoffmasse ermittelt werden. Hierzu kann auch der zuvor berechnete Durck ps nach der Drosselklappe8 verwendet werden. - Wie bereits erwähnt, kann der dem Ansaugrohr
6 zugeführte Massenstrom mshfm von dem Luftmassensensor15 gemessen oder mittels eines nach der Drosselklappe8 angeordneten Drucksensors berechnet werden. Wie ebenfalls erwähnt, wird dieser Massenstrom mshfm im normalen Betriebszustand, das heißt bei intaktem Luftmassensensor15 bzw. Drucksensor, über den Schalter19 weitergeleitet. Wird jedoch von dem Steuergerät17 ein Defekt des Luftmassensensors15 bzw. des genannten Drucksensors nach der Drosselklappe8 festgestellt, so schaltet das Steuergerät17 den Schalter19 mittels eines Fehlerbits B_fe in die in der2 nicht dargestellte Stellung um. Dies hat zur Folge, daß der dem Ansaugrohr6 zugeführte Massenstrom mshfm durch einen Massenstrom msdk über die Drosselklappe8 ersetzt wird. - Dieser Massenstrom msdk über die Drosselklappe
9 kann von dem Steuergerät17 unabhängig von dem Luftmassensensor15 oder dem Drucksensor nach der Drosselklappe8 mittels eines Modells berechnet werden. Insbesondere kann der Massenstrom msdk über die Drosselklappe8 aus der von dem Winkelsensor gemessenen Winkelstellung wdk der Drosselklappe8 ermittelt werden. Dabei kann der nach der2 erzeugte Druck ps nach der Drosselklappe8 sowie der beispielsweise gemessene Druck vor der Drosselklappe8 bei der Ermittlung verwendet werden.
Claims (9)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (
1 ) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über eine in einem Ansaugrohr (6 ) angeordnete Drosselklappe (8 ) einem Brennraum (4 ) zugeführt wird, und bei dem der dem Ansaugrohr (6 ) zugeführte Massenstrom (mshfm) ermittelt wird, wobei aus dem dem Ansaugrohr (6 ) zugeführten Massenstrom (mshfm) zuerst ein Druck (ps) nach der Drosselklappe (8 ) und dann eine Luftfüllung (rl) im Brennraum (4 ) der Brennkraftmaschine (1 ) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Ansaugrohr (6 ) zugeführte Massenstrom (mshfm) mit der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1 ) zu einer Rohluftfüllung (rlroh) verknüpft wird, dass die ermittelte Luftfüllung (rl) mit der Rohluftfüllung (rlroh) verglichen wird und dass aus dem Vergleichsergebnis mittels eines Integrators (23 ) der Druck (ps) nach der Drosselklappe (8 ) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ansaugrohr (
6 ) zugeführte Massenstrom (mshfm) mit einem Faktor (fts) verknüpft wird, der von der Temperatur im Ansaugrohr (6 ) abhängig ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Druck (ps) nach der Drosselklappe (
8 ) mit einem berechneten Druck (pirg) des in dem Brennraum (4 ) verbliebenen Restgases verglichen wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsergebnis in die Luftfüllung (rl) umgerechnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrechnung abhängig ist von der Temperatur im Brennraum (
4 ) der Brennkraftmaschine (1 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Luftfüllung (rl) im Brennraum (
4 ) abhängig ist von der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Luftfüllung (rl) im Brennraum (
4 ) abhängig ist von dem Umgebungsdruck. - Steuerelelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (
17 ) einer Brennkraftmaschine (1 ) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist. - Brennkraftmaschine (
1 ) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Ansaugrohr (6 ) angeordneten Drosselklappe (8 ), über die Luft einem Brennraum (4 ) zuführbar ist, und mit einem Steuergerät (17 ), mit dem der dem Ansaugrohr (6 ) zugeführte Massenstrom (mshfm) ermittelbar ist, wobei durch das Steuergerät (17 ) aus dem dem Ansaugrohr (6 ) zugeführten Massenstrom (mshfm) zuerst ein Druck (ps) nach der Drosselklappe (8 ) und dann eine Luftfüllung (rl) im Brennraum (4 ) der Brennkraftmaschine (1 ) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Verknüpfungsmittel (20 ) vorgesehen sind, die den dem Ansaugrohr (6 ) zugeführten Massenstrom (mshfm) mit der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1 ) zu einer Rohluftfüllung (rlroh) verknüpfen, dass Vergleichsmittel (22 ) vorgesehen sind, die die ermittelte Luftfüllung (rl) mit der Rohluftfüllung (rlroh) vergleichen, und dass ein Integrator (23 ) aus dem Vergleichsergebnis den Druck (ps) nach der Drosselklappe (8 ) ermittelt.
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