DE19741565A1

DE19741565A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19741565A1
Application number: DE19741565A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Werner Hess
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-09-20
Filing date: 1997-09-20
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2017-09-21
Also published as: JPH11148383A; ITMI981990A0; DE19741565B4; FR2768771B1; FR2768771A1; IT1302196B1; JP4846887B2; ITMI981990A1

Description

Stand der Technik

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

Die DE-A 42 39 711 beschreibt ein Verfahren und eine Vor richtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahr zeugs, wobei vom Fahrer und/oder anderen Steuer- und Regel systemen ein Sollwert für ein von der Brennkraftmaschine zu erzeugendes Drehmoment zugeführt wird. Dieser Sollwert wird unter Berücksichtigung der Abweichung eines für den aktuel len Arbeitspunkt geltenden Basiszündwinkels von einem opti malen Zündwinkel, bei dem die Brennkraftmaschine den höch sten Wirkungsgrad hat, in einen Sollwert für die einzustel lende Zylinderfüllung (Luftfüllung) umgerechnet. Dieser Fül lungs-Sollwert wird dann unter der Berücksichtigung der tat sächlichen Motorlast und Betriebsgrößen wie der Motortempe ratur in einen Soll-Stellungswert für eine die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine beeinflussende, elektrisch betätigba re Drosselklappe umgewandelt. Durch Einstellung dieses Soll werts durch entsprechende Betätigung der Drosselklappe wird die Füllung und damit das Moment dem Sollwert angenähert. Darüber hinaus wird zumindest in einigen Betriebszuständen zur Einstellung des Sollmoments die Zündwinkeleinstellung beeinflußt und/oder eine bestimmte Anzahl von Zylindern aus geblendet, das heißt die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylin dern unterbrochen. Maßnahmen in Verbindung mit einer aufge ladenen Brennkraftmaschine werden nicht beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, so daß eine solche Füllungssteuerung auch in Verbindung mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine zu verwenden ist.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Durch Einbeziehung einer von der Ladersteuerung vorgegebene maximale Füllung bzw. Last kann die bekannte Füllungssteue rung mit den entsprechenden Vorteile auch in Verbindung mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine angewendet werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die aufgeladene Brennkraftma schine nicht durch eine zu hohe Füllung überlastet wird, die dann auftreten kann, wenn z. B. durch Zündwinkeleingriff und/oder andere, den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechternden Eingriffen der Wirkungsgrad im Teillastbe reich verschlechtert ist und zum Einhalten der Momentenvor gabe die Füllung erhöht wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß dennoch eine Overboost-Funk tion durchgeführt werden kann, während der die maximale mögliche Füllung erhöht wird.

Vorteilhaft ist ferner, daß die maximal mögliche Füllung be triebsgrößenabhängig ist. Damit wird die maximal mögliche Füllung für jede aktuelle Betriebssituation bestimmt, so daß im Betrieb keine Einschränkungen durch eine zu frühe Begren zung der Füllung zu erwarten sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung 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 die Steuerung der Brennkraftmaschine auf der Basis eines Sollmomentenwertes als grobes Ablaufdiagramm eines Mi krocomputers, welches in Fig. 2 in bezug auf das Bestimmen der Sollfüllung im Detail dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist ein Mikrocomputer 10 dargestellt, welches Teil einer elektronischen Steuereinheit 11 ist. Diese steu ert über die symbolisch dargestellte Ausgangsleitungen 12, 14, 16 und 19 die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (Dros selklappe 17), die Kraftstoffzufuhr (Gemischzusammensetzung und/oder Ausblendung), den Zündwinkel und den Ladedruck (Lader 21). Der Steuereinheit 11 werden ferner Eingangslei tungen 18, 20 sowie 22 bis 24 zugeführt, die in einem vor teilhaften Ausführungsbeispiel in einem Bussystem, (z. B. CAN) zusammengefaßt sind. Dabei führt die Eingangsleitung 18 von wenigstens einer weiteren Steuereinheit 26, beispiels weise einer Steuereinheit zur Antriebsschlupfregelung, zur Motorschleppmomentenregelung, zur Getriebesteuerung, etc., zur Steuereinheit 11 und überträgt ein von diesen Steuerein heiten gebildetes Sollmoment für ein von der Brennkraftma schine abzugebendes Drehmoment. Eine weitere Eingangsleitung 20 führt von einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement 28, vorzugsweise von einem Fahrpedal, zur Steuereinheit 11 und übermittelt den Betätigungsgrad β des Bedienelements. Die Eingangsleitungen 22 bis 24 führen von Meßeinrichtungen 30 bis 32 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraft maschine und/oder des Fahrzeugs wie Motordrehzahl, Motorlast (Luftmasse, Luftmenge, Drosselklappenstellung, Saugrohr druck, etc.), Motortemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Klopfsi gnale, Ansauglufttemperatur, Umgebungsdruck, Ladedruck, etc. zur Steuereinheit 11. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel um faßt die Steuereinheit 11 wenigstens einen Mikrocomputer 10, in dem Programme implementiert sind, die die nachfolgend be schriebene Lösung realisieren. In Fig. 1 sind der Übersicht halber diese im Mikrocomputer zur Durchführung der erfin dungsgemäßen Lösung implementierten Programme in einem gro ben Ablaufdiagramm dargestellt.

Einem ersten Programm 34 wird neben dem Betätigungsgrad β und dem Sollmomentenwert von der wenigstens einen Steuerein heit 26 weitere Betriebsgrößen wie Motordrehzahl, Fahrzeug geschwindigkeit, etc., zugeführt (vgl. Leitungen 22a bis 24a). In den diesem Programmblock zugeordneten Programmen des Mikrocomputer wird aus dem Betätigungsgrad β des Fahrpe dals unter Berücksichtigung der weiteren Betriebsgrößen (zumindest Motordrehzahl) ein vom Fahrer vorgegebener Soll momentenwert aus vorbestimmten Kennfeldern ermittelt. Ferner werden Funktionen wie Drehzahl- und/oder Fahrgeschwindig keitsbegrenzungen, die ebenfalls einen Sollwert für das Drehmoment ermitteln, durchgeführt. Aus den ermittelten oder zugeführten Solldrehmomentenwerten wird der aktuelle durch Maximal- und/oder Minimalwertauswahl ermittelt und einem Programm 36 zugeführt.

Diesem werden Basisgrößen bezüglich des Zündwinkels zwbase, der Gemischeinstellung lambase und/oder der Anzahl der aus zublendenden Zylinder redbase zugeführt. Abhängig von diesen Größen und weiteren Betriebsgrößen, die über die Leitungen 22b bis 24b zugeführt werden, wird der im Programm 34 ermit telte Sollwert MI_Soll in Steuergrößen für die Kraftstoffzu messung, den Zündwinkel sowie über die Ermittlung eines Soll-Füllungswertes in eine Steuergröße für die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine und/oder den Ladedruck umgerechnet.

Die Basisgrößen bezüglich Zündwinkel, Gemischzusammensetzung und Anzahl der ausgeblendeten Zylinder werden in vorbestimm ten Kennfeldern 38 gebildet. Diese Größen stellen die vorge sehenen Einstellung der Brennkraftmaschine im aktuellen Ar beitspunkt dar. Externe Eingriffe der Antriebsschlupfrege lung, der Begrenzungsfunktionen, etc. werden bei diesen Wer ten nicht berücksichtigt. Die Basisgrößen sind demnach Grö ßen, die sich einstellen würden, ohne daß Eingriffe von au ßen oder durch Begrenzungsfunktionen stattfinden.

Der Basis-Zündwinkel wird dabei auf der Basis der Motordreh zahl und der aktuellen Füllung aus einem Kennfeld bestimmt. Entsprechend sind Kennfelder oder Berechnungsschritte vorge sehen, in denen die Basiswerte für die Gemischzusammenset zung und/oder der Abschaltung einzelner Zylinder gebildet werden. Beispielsweise kann in stationären Betriebszuständen die Gemischzusammensetzung zur Verbesserung des Kraftstoff verbrauchs und/oder der Schadstoffemission in Richtung "mager" verschoben und/oder in ausgewählten Betriebszustän den (z. B. bei stationärer Teillast) nicht alle Zylinder be feuert werden. So kann vorgesehen sein, daß alle Zylinder nur bei entsprechendem Leistungswunsch des Fahrers einge schaltet werden, während im stationären oder im Niedriglast bereich nur eine vorgegebene Anzahl der Zylinder der Brenn kraftmaschine aktiv sind. Diese Basiswerte werden von dem Programm 36 zur Bestimmung der Steuergrößen aus dem Sollmo mentenwert verwendet. Beispiele für die Berechnung der ein zustellenden Kraftstoffzufuhr und des einzustellenden Zünd winkels sind aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt.

Diesen Berechnungen liegt ein Momentenmodell zugrunde, das wie folgt darstellbar ist:

Mi = KFmiopt (Nmot, rl).etazw(ΔZW).etalam(λ).etared(X) (1).

Dabei ist Mi das indizierte Moment (Hochdruckmoment) der Brennkraftmaschine, KFmiopt das sogenannte optimale Moment (Hochdruckmoment bei optimalem Zündwinkel, λ = 1 und alle Zy linder befeuert) abhängig von Motordrehzahl Nmot und Istfül lung rl, etazw der Zündwinkelwirkungsgrad abhängig vom Ab stand des Zündwinkels vom optimalen Zündwinkel, etalam der Lambdawirkungsgrad abhängig von der Abgaszusammensetzung (= 1 für λ = 1) und etared der Wirkungsgras durch die befeuerten Zylinder (= 1, wenn alle Zylinder befeuert). Die entsprechen den Wirkungsgrade ausgehend von den Basisgrößen werden als etazwbase, etalambase und etaredbase bezeichnet.

Für die entsprechenden Sollwerte, in deren Abhängigkeit die Brennkraftmaschine gesteuert wird, gilt entsprechend:

MI_Soll = KFmiopt (Nmot, rl_Soll).etazwsol.etalamsol.taredsol (2).

Die Bestimmung des Soll-Füllungswertes rl_Soll und damit der Einstellung der Luftzufuhr und des Ladedrucks zur Brenn kraftmaschine aus dem Sollmomentenwert MI_Soll gemäß der er findungsgemäßen Lösung ist anhand Fig. 2 dargestellt.

Diese zeigt im Detail den Teil des Programms 36 nach Fig. 1, in dem der Füllungssollwert bestimmt wird. Zugeführt wer den dabei der Sollmomentenwert MI_Soll, die Basisgrößen für den Zündwinkel (zwbase), für die Gemischzusammensetzung (λbase) und/oder für die Anzahl der ausgeblendeten Zylinder (redbase) sowie wenigstens die Motordrehzahl als weitere Be triebsgröße zugeführt. Die Basisgrößen werden dabei auf Kennlinien 100, 102 bzw. 104 geführt. Diese sogenannten Wir kungsgradkennlinien setzen die Abweichung dieser Basiswerte vom optimalen Wert (optimaler Zündwinkel, stöchiometrisches Gemisch und alle Zylinder befeuert) in einen Momentenkorrek turwert (Wirkungsgrad) um, um das Moment vom optimalen Mo ment (höchster Wirkungsgrad) beim entsprechenden Basiswert abweicht. Diese Wirkungsgradkennlinien sind dabei für die einzelnen Größen und Brennkraftmaschinentypen experimentell bestimmt bzw. berechnet. Die auf diese Weise gebildeten Mo mentenkorrekturwerte etazwbase, etalambase und/oder etared base werden in aufeinanderfolgenden Divisionsstellen 106, 108 und 110 bei der Umrechnung des Sollmoments in einen Fül lungssollwert berücksichtigt. So wird in einer ersten Divi sionsstelle 106 der Quotient aus dem zugeführten Sollmoment und dem Momenten-Korrekturwert etazwbase gebildet, dieser Quotient wird in der Divisionsstelle 108 durch den Momenten-Kor rekturwert etalambase dividiert und das Ergebnis in der Divisionsstelle 110 durch den Korrekturwert etaredbase divi diert. Das auf diese Weise korrigierte Sollmoment MI_SollK, wird einem Kennfeld 112 zugeführt. Diesem Kennfeld wird fer ner wenigstens die Motordrehzahl zugeführt. Es ist das in verse Kennfeld, mit dessen Hilfe aus Motordrehzahl und er faßter Füllung das optimale Moment der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Aus den zugeführten Größen wird aus dem Kennfeld ein Sollwert rl_Soll1 ausgelesen, welcher die aus dem Sollmoment abgeleitete Sollfüllung repräsentiert. Bei der Einstellung dieser Sollfüllung durch die Drosselklappe er zeugt die Brennkraftmaschine das Sollmoment MI_Soll.

Die zur Bestimmung des Soll-Füllungswertes verwendete Formel lautet zusammengefaßt also:

rl_Soll1=f^-1 [(Mi_Soll/etazwbase.etalambase.etaredbase), Nmot] (3).

Der Füllungs-Sollwert rl_Soll1 wird einer Maximal- und Mini malbegrenzung 114 zugeführt. Dieser wird ein minimaler Fül lungswert rl_min zugeführt, welcher je nach Betriebszustand aus unterschiedlichen Kennlinien 116 und 118 abhängig von wenigstens der Motordrehzahl bestimmt wurde, und ein maxima ler Füllungswert rl_max zugeführt. Der minimale Füllungswert ist dabei im Schiebebetrieb mit Kraftstoffabschaltung mit Blick auf ein möglichst großes Motorbremsmoment ausgelegt, während er im Normalbetrieb ohne Kraftstoffabschaltung mit Blick auf die Aufrechterhaltung des Betriebs der Brennkraft maschine bei niedrigen Drehzahlen abgelegt ist. Ist der Sollfüllungswert rl_Soll1 kleiner als der Wert wird der Mini malwert rl_min als Soll-Füllungswert rl_Soll weitergegeben. Überschreitet der Sollfüllungswert rl_Soll1 den Maximalwert rl_max wird dieser als Sollfüllungswert rl_Soll weitergegeben.

Der Sollwert rl_Soll wird im Rahmen einer Regelung 116 in ei nen Soll-Stellungswert für die Drosselklappe und einen Solladedruck umgesetzt, welche durch entsprechendes Betäti gen der Drosselklappe über die Ausgangsleitung 12 und die Ansteuerung eines Laders (dort eines waste-gate-Ventils) über die Ansteuerleitung 19 eingestellt werden.

Der maximal zulässige Füllungswert rl_max wird z. B. im Rahmen der Ladersteuerung in 120 berechnet. Im einfachsten Ausfüh rungsbeispiel wird ein vorgegebener Festwert vorgegeben. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Maximalwert zur An passung an die verschiedenen Betriebszustände betriebsgrö ßenabhängig. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird wenig stens eine der folgenden Betriebsgröße bei der Bestimmung der maximal zulässigen Füllung berücksichtigt: Motordrehzahl Nmot, Ansauglufttemperatur Tans, Umgebungsdruck pu, Motor temperatur Tmot, eine Information KR über die Wirkung einer Klopfregelung, vorzugsweise wenn die häufig anspricht und/oder den Zündwinkel sehr weit verstellt, eine Größe dlrmax, die den Maximalwert erhöht, wenn eine Over boost-Situation vorliegt.

Die Bestimmung des Maximalwerts erfolgt durch applizierte Kennlinien, in welchen der Maximalwert abhängig von den Be triebsgrößen Ansaugtemperatur, Motortemperatur, Umgebungs druck und/oder Motordrehzahl abgelegt ist. Bezüglich der Mo tordrehzahl wird eine Abhängigkeit vorgegeben, nach der sich der Verlauf der maximalen Füllung dem Verlauf des Drehmo ments des Motors über der Drehzahl anpaßt. Die Abhängigkeit von den anderen Größen ist dabei in der Regel derart, daß die maximale Füllung mit steigender Größe reduziert wird. Liegt die Information KR vor, wird der maximal zulässige Wert um ein bestimmtes Maß reduziert, während er bei Over boost-Betrieb um den Wert drlmax erhöht wird. Dieser wird in der Kennlinie oder dem Schalter 122 abhängig von der Fahrpe dalstellung β gebildet, wenn der Fahrer Vollast wünscht und/oder ein großer Gradient der Stellung vorliegt, nach dem der Fahrer große Leistung anfordert. In einem anderen Aus führungsbeispiel stellt KR ein kontinuierliches Signal dar, welches das Ausmaß der Eingriffe der Klopfregelung be schreibt. In diesem Fall wird die maximale Füllung um so mehr reduziert, je größer das Ausmaß der Eingriffe ist (z. B. Häufigkeit und/oder mittlerer Wert auf summierter Zündwinkel verstellungen).

Die Darstellung nach Fig. 2 wurde aus Übersichtlichkeits gründen gewählt. Die Erfindung ist weder auf die Reihenfolge der Einbeziehung der Korrekturwerte noch auf die konkrete mathematische Operation der Division festgelegt. Das Kenn feld, welches der Bestimmung der Soll-Füllung in inverser Form zugrundeliegt, wird auch bei der Bestimmung des Moments der Brennkraftmaschine gemäß dem bekannten Stand der Technik verwendet (vgl. Gleichung 1, KFmiopt).

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Brenn kraftmaschine immer unter Befeuerung aller Zylinder oder nur mit stöchiometrischem Gemisch betrieben. In diesen Fällen wird auf den entsprechenden Korrekturwert verzichtet.

Unter Füllung wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die relative Luftfüllung eines Zylinders verstanden, die auf die maximal mögliche Füllung unter Normbedingungen bezogen ist. In anderen Ausführungsbeispiel bedeutet Füllung die pro Hub angesaugte Luftmasse oder die Motorlast.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei ein Sollwert für ein Drehmoment der Brenn kraftmaschine vorgegeben wird, dieser Sollwert durch Steue rung der Füllung durch Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine und des Ladedrucks im Sinne einer Annähe rung des Ist-Moments an den Sollwert eingestellt wird, da durch gekennzeichnet, daß die Füllung auf einen maximal zu lässigen Wert begrenzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für ein Drehmoment der Brennkraftmaschine in einen Sollwert für die Füllung der Brennkraftmaschine umge rechnet wird, der begrenzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig von der Ansauglufttemperatur ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig von der Motortemperatur ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig vom Umgebungsdruck ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig von der Motordrehzahl ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert erhöht wird, wenn eine Over-Boost-Situation vorliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Over-Boost-Situation vorliegt, wenn der Fahrer Vollast wünscht und/oder das Fahrpedal schnell betätigt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Füllungswert abhängig vom Eingreifen einer Klopfregelung reduziert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Füllung auf einen Minimalwert begrenzt ist.

12. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit, die einen Sollwert für ein Drehmoment der Brennkraftmaschine ermittelt, diesen Sollwert wenigstens durch Steuerung der Füllung durch Beein flussung der Luftzufuhr und des Ladedrucks im Sinne einer Annäherung des Istmoments an den Sollwert einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine maximal zulässige Füllung ermittelt und die Füllung auf diesen Maximalwert be grenzt.