DE19831748A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von Signalen (QL, L), die mittels Sensoren (140, 145) erfaßt werden, sind Steuersignale (U) zur Ansteuerung von Stellgliedern vorgebbar. Ausgehend von einem Signal (F), das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft charakterisiert, ist wenigstens eine erste Meßgröße (QL), die die angesaugte Luftmasse charakterisiert, und/oder eine zweite Meßgröße (L), die den Sauerstoffgehalt der Luft charakterisiert, und/oder eine Sollgröße (QLS) für eine die zugeführte Luft beeinflussende Steuerung, korrigierbar.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind beispielsweise aus der DE-OS 42 08 002 (US 5 293 853) bekannt. Mit dem dort beschriebenen System wird ausgehend von einem erfaßten Lambdawert und einem Signal bezüglich der zugeführten Luftmasse und einem Signal bezüglich der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ein Pumpenkennfeld korrigiert.
Bei diesem System können in ungünstigen Betriebszuständen erhöhte Abgasemissionen auftreten, die aufgrund der Korrektur des Pumpenkennfeldes nicht erwartet werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die auftretenden Abgasemissionen weiter zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise können die Abgasemissionen reduziert werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung. Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die von einer Kraftstoffpumpe 105 eine bestimme Kraftstoffmenge QKI zugemessen bekommt. Die Kraftstoffpumpe steht mit einem Pumpenkennfeld 110 in Verbindung. Dieses wiederum steht über einen Verzweigungspunkt 115 mit einer Minimalauswahl 120 in Verbindung. Die Minimalauswahl 120 erhält ein Signal QKW von einer Sollwertvorgabe 125 sowie ein Signal QKB von einer Begrenzung 130.
An der Brennkraftmaschine sind verschiedene Sensoren 140 und 145 angeordnet. Der Sensor 140 wird auch als Luftmassenmesser bezeichnet und liefert eine erste Meßgröße (QL), die die angesaugt Luftmasse charakterisiert.
Der zweite Sensor 145 wird auch als Lambdasensor bezeichnet und liefert ein Signal L, das den Sauerstoffgehalt der Luft charakterisiert.
Diese Sensoren liefern die Signale an eine Korrektureinrichtung 150, die ferner das Ausgangssignal QK der Minimalauswahl 120 zugeführt bekommt.
Die Korrektureinrichtung 150 beaufschlagt das Pumpenkennfeld 110 mit einem Korrekturwert QKK. Ferner wird das Ausgangssignal der Minimalauswahl QK einer Abgasrückführsteuerstufe 150 sowie einer Spritzbeginnsteuerstufe 170 zu geleitet. Zu der Abgasrückführsteuerstufe 160 gelangen ferner Signale von Sensoren 162. Die Abgasrückführung beaufschlagt einen Abgasrückführsteller 165 mit Signalen.
Die Spritzbeginnsteuerstufe 170 erhält Ausgangssignale von verschiedenen Sensoren 172 und beaufschlagt einen Spritzbeginnsteller 175 mit Signalen.
Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Sollwertvorgabe 125 gibt einen Kraftstoffmengenwert QKW vor, dies ist die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die Brennkraftmaschine mit der vom Fahrer gewünschten Geschwindigkeit zu betreiben. Hierzu enthält die Sollwertvorgabe 125 zumindest ein Bedienteil, mittels dem der Fahrerwunsch erfaßt wird. Solche Mittel sind z. B. ein Fahrpedalstellungsgeber bzw. ein Fahrgeschwindigkeitsregler. Ferner können in der Sollwertvorgabe ein Leerlaufregler bzw. ein Drehzahlregler enthalten sein.
Abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen errechnet die Begrenzung 130 eine höchstzulässige Kraftstoffmenge QKB. Diese höchstzulässige Kraftstoffmenge QKB ist so bemessen, daß die Brennkraftmaschine keinen Schaden nimmt, bzw. die Abgasemissionen bestimmte Werte nicht überschreiten.
Die Minimalauswahl 120 wählt das kleinere der Signale QKW bzw. QKB aus. Hierdurch wird die gewünschte Kraftstoffmenge QKW auf die höchstzulässige Kraftstoffmenge QKB begrenzt. Am Ausgang der Minimalauswahl 120 steht nun der Wert für die einzuspritzende Kraftstoffenge QK an.
Im Pumpenkennfeld 110 ist abhängig von dem Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK ein Signal U abgelegt, mit dem die Kraftstoffpumpe bzw. ein Stellorgan der Kraftstoffpumpe 105 beaufschlagt wird. Woraufhin die Kraftstoffpumpe 105 die tatsächliche Kraftstoffmenge QKI der Brennkraftmaschine 100 zumißt.
Am Verzweigungspunkt 115 wird das Signal bezüglich des Wertes für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QR weiteren Einrichtungen zugeführt. So gibt die Abgasrückführsteuerstufe 160 abhängig von dem Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QR und dem Ausgangssignal von weiteren Sensoren 162 ein Ansteuersignal an das Abgasrückführstellwerk 165. Um eine möglichst abgas- und emissionsfreie Verbrennung realisieren zu können, muß die Abgasrückführrate abhängig von der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge gewählt werden.
Anstelle der Abfasrückführsteuerstufe 160 kann auch eine andere Steuerung und/oder Regelung vorgesehen sein, die Luft, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, beeinflußt.
Erfolgt die Berechnung ausgehend von einem ungenauen Kraftstoffmengenwert, so ergibt sich eine fehlerhafte Abgasrückführrate und somit können unter Umständen erhebliche Abgasemissionen auftreten. Dies tritt insbesondere bei kleinen einzuspritzenden Kraftstoffmengen auf. Hier ist der prozentuale Fehler am höchsten. Besteht eine additive Abweichung zwischen dem Wert für die zu einzuspritzende Kraftstoffmenge und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge, so ist der relative Fehler bei kleinen Einspritzmengen am größten. Somit ist auch der Effekt auf die Abgasemission bei kleinen Kraftstoffmengen am größten.
Ferner ist vorgesehen, daß der Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK der Spritzbeginnsteuerstufe 170 zugeleitet wird. Diese Spritzbeginnsteuerstufe 170 gibt abhängig von zusätzlichen Sensoren 172 ein Ansteuersignal an den Spritzbeginnsteller 175. Auch hier ist es wichtig, daß ein sehr präzises Signal bezüglich der eingespritzten Kraftstoffmenge der Spritzbeginnsteuerstufe zugeführt wird.
Bei bekannten Systemen tritt nun die Problematik auf, daß der Wert QK für die einzuspritzende Kraftstoffmenge kein genaues Maß ist für die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge. Dies beruht zum einen darauf, daß bedingt durch Fertigungstoleranzen bei der Fertigung der Kraftstoffpumpen nicht alle Exemplare bei gleichem Ansteuersignal die gleiche Kraftstoffmenge zumessen. Desweiteren hat sich herausgestellt, daß sich der Zusammenhang zwischen dem Signal QK bzgl. der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge im Laufe der Betriebszeit wesentlich ändern kann.
Um eine möglichst genaue Zuordnung zwischen dem Wert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QR und dem Wert für die tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge QKI zu erhalten, wird das Pumpenkennfeld 110, in dem die Zuordnung zwischen dem Wert für einzuspritzende Kraftstoffmenge QK und dem Steuersignal U für die Kraftstoffpumpe 105 abgelegt ist, so korrigiert, daß eine bekannte, definierte Beziehung zwischen den beiden Signalen besteht. Diese Beziehung ist für alle Kraftstoffpumpen einer Serie und über die gesamte Betriebszeit einer Kraftstoffpumpe konstant.
Die Sensoren 145 und 140 erfassen verschiedene Betriebskenngrößen und leiten entsprechende Signale an die Korrektureinrichtung 150. Diese Korrektureinrichtung 150 berechnet ausgehend von den Sensorsignalen und dem Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK die Korrekturwerte QKK mit denen das Pumpenkennfeld korrigiert wird.
Die Korrektur des Pumpenkennfeldes 110 erfolgt derart, daß das Signal bezüglich des Wertes für die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK mit der eingespritzten Kraftstoffmenge QKI übereinstimmt.
Um die Emission von Schadstoffen im Abgas weiter zu reduzieren ist eine möglichst exakte Zuführung von Frischluft anzustreben. Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen wird die Ist-Frischluftmasse mittels der Abgasrückführung auf eine Soll-Frischluftmasse geregelt, die entsprechend des Betriebspunktes des Motors vorgegeben wird. Mittels des Signals O des Sensors 145, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas kennzeichnet, und der Ist-Frischluftmasse QL wird die Ist-Einspritzmenge bestimmt. Aufgrund der Kenntnis der Ist-Einspritzmenge können Sollwertfehler für die Abgasrückführung reduziert werden.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß bei der Einrichtung gemäß dem Stand der Technik die Luftfeuchtigkeit weder bei der Bestimmung der Ist-Frischluftmasse noch bei der Bestimmung des Sollwertes für die Frischluftmasse berücksichtigt wird.
Mittels des Luftmassenmessers 140 wird der Massenstrom der feuchten Frischluft erfaßt. Für die Verbrennung relevant ist dagegen lediglich der um den Wasserdampfmassenstrom korrigierte Massenstrom, der den Anteil der Luft, die für die Verbrennung zur Verfügung steht, kennzeichnet. Das für eine optimale Verbrennung notwendige Luft-Kraftstoff- Verhältnis hängt ebenfalls von der Luftfeuchtigkeit ab, da bei großer Luftfeuchtigkeit ein Teil der Wirkung der Abgasrückführung bereits vorweggenommen wird und daher bei großer Luftfeuchtigkeit ein größerer Lambdawert als bei geringer Luftfeuchtigkeit als günstig anzusehen ist. Dies beruht darauf, daß durch die Luftfeuchtigkeit die Temperatur im Brennraum reduziert wird.
Bei der Umrechnung der von der Lambdasonde 145 gemessenen Sauerstoffkonzentration O in das Luftkraftstoffverhältnis λ wird üblicherweise von einer bestimmten Feuchtigkeitskonzentration der Frischluft ausgegangen. Bei zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt jedoch die Sauerstoffkonzentration der Frischluft ab. Dies ist ebenfalls zu berücksichtigen.
Erfindungsgemäß sind deshalb drei Maßnahmen vorgesehen, die einzeln und/oder in Kombination durchgeführt werden. Als erste Maßnahme ist vorgesehen, daß die Größe QL, die die Frischluftmasse charakterisiert, derart korrigiert wird, daß der Anteil der Feuchtigkeit berücksichtigt wird und die Frischluftmasse derart korrigiert wird, daß nur der wirksame trockene Anteil der Frischluft in das Signal QLIK eingeht.
Als zweite Maßnahme ist vorgesehen, daß der Sollwert QLS für die Frischluftmasse für die Steuerung oder Regelung der Abgasrückführung 160 in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit korrigiert wird.
Als dritte Maßnahme ist vorgesehen, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis L in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit korrigiert wird.
Aufgrund dieser Maßnahmen ergeben sich die Vorteile, daß die Genauigkeit der Abgasrückführung erhöht und die auftretenden Emissionen reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in Fig. 2 anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Mit 200 ist ein Feuchtesensor bezeichnet, der ein Signal F bezüglich des Feuchtigkeitsgehalts der Luft an eine Feuchtebestimmung 210 liefert. Die Feuchtebestimmung 210 beaufschlagt eine Luftmassenkorrektur 220, eine Lambdakorrektur 230 und die Sollwertberechnung für die Frischluftmasse 240 mit Signalen X, W. Die Luftmassenkorrektur 220 beaufschlagt die Abgasrückführregelung 160 mit einem Istwert QLIK bezüglich der angesaugten Frischluftmasse.
Die Sollwertberechnung 240 beaufschlagt die Abgasrückführregelung 160 mit einem Sollwert QLS. Ferner wird das Ausgangssignals QLIK der Luftmassenkorrektur 220 und das Ausgangssignal LK der Lambdakorrektur 230 der Kraftstoffmengenberechnung 250 zugeleitet. Die Kraftstoffmengenberechnung beaufschlagt die Adaption des Pumpenkennfelds 150 mit einem entsprechenden korrigierten Kraftstoffmengensignal.
Ferner wird sowohl der Sollwertberechnung 240 als auch der Kraftstoffmengenberechnung 250 das Signal QK, daß dem Kraftstoffmengenwunsch entspricht, zugeleitet.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Der Sensor 200 ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß er einen Wert für die relative Luftfeuchtigkeit F liefert. Dabei kann vorgesehen sein, daß mittels eines geeigneten Sensors dieses Signal direkt ermittelt wird bzw. daß diese Größe ausgehend von anderen Größen bestimmt und/oder moduliert wird.
Ausgehend von diesem Signal F bezüglich des Feuchtigkeitsgehalts bestimmt die Feuchtebestimmung 210 die erste Größe X, die den Feuchtegrad kennzeichnet. Als Feuchtegrad X wird der Massenanteil des Wasserdampfes bezogen auf die Masse der Luft bezeichnet. Weiterhin wird die Größe W, die dem Molanteil des Wasserdampfes in der Luft entspricht, bestimmt. Die Größe gibt die Anzahl der Wassermoleküle im Verhältnis zur Anzahl der Luftmoleküle an.
Die Berechnung der Größen W und X erfolgt von der Feuchtebestimmung 210 ausgehend von dem Feuchtesignal F des Sensors und ggf. weiteren Größen wie beispielsweise der Lufttemperatur. Steht kein geeigneter Luftfeuchtesensor zur Verfügung kann von einem Festwert und/oder von mehreren Festwerten für das Signal F ausgegangen werden. Damit wird berücksichtigt, daß X und W bei höherer Lufttemperatur tendenziell größere Werte annehmen als bei niederer Temperatur.
Bei der Bestimmung der Frischluftmasse umfaßt die Feuchtekorrektur zwei Schritte. Zum einen werden in der Luftmassenkorrektur 220 Meßfehlern, die aufgrund des Meßprinzips des Luftmassenmessers 140 bei der Anwesenheit von Wasserdampf in der Luft auftreten, korrigiert. Durch diese Kompensation wird der Fehler auf den Istwert QLI für die Frischluftmasse reduziert und für die Abgasrückführregelung 160 ein korrigierter Frischluftmassenwert QLIK bestimmt. Mit Hilfe des Feuchtegrades X wird der Masseanteil des Wasseranteils bestimmt und vom Gesamtsignal der Luftmasse abgezogen und dadurch die korrigierte Luftmasse QLIK bestimmt. Dies bedeutet, daß die gemessene Luftmasse abhängig vom wenigstens dem Feuchtegrad (X) korrigierbar ist. Das heißt, daß die gemessen Luftmasse um einen Wert reduziert wird, der wenigstens abhängig vom Feuchtegrad (X) vorgebbar ist.
Desweiteren wird im Block 240 der Sollwert für die Frischluftmasse in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit bestimmt. Vorzugsweise wird bei größerer Luftfeuchtigkeit eine größere Luftmasse als Sollwert vorgegeben. Dies bedeutet, daß die Sollgröße QLS für die Steuerung, die die zugeführte Luftmasse beeinflußt, derart korrigiert wird, daß bei größerer Feuchtigkeitsgehalt eine größere Luftmasse mehr Luft zugeführt wird.
Die Umrechnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses L aus der gemessenen Sauerstoffkonzentration O erfolgt überlicherweise gemäß der folgenden Formel.
Diese Formel gilt jedoch nur bei trockener Frischluft. Bei feuchter Frischluft ist die Größe Z in Abhängigkeit des Molanteils W durch die Größe ZK zu ersetzen, wobei die folgende Beziehung gilt.
Dieses korrigierte Lambdasignal LK wird dann von der Kraftstoffmengenberechnung 250 verwendet, um das im Stand der Technik beschriebene Adaptionsverfahren des Pumpenkennfeldes durchzuführen.
Dies bedeutet, daß das Luftkraftstoffverhältnis wenigstens abhängig von dem Molanteil (W) des Wasserdampfes in der Luft korrigierbar ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von Signalen (QL, L), die mittels Sensoren (140, 145) erfaßt werden, Steuersignale (U) zur Ansteuerung von Stellgliedern vorgebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Signal (F), das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft charakterisiert, wenigstens eine erste Meßgröße (QL), die die angesaugte Luftmasse charakterisiert, und/oder eine zweite Meßgröße (L), die den Sauerstoffgehalt der Luft charakterisiert, und/oder eine Sollgröße (QLS) für eine die zugeführte Luft beeinflussende Steuerung, korrigierbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ersten Meßgröße (QL) um das Ausgangssignal eines Luftmassenmesser (140) handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zweiten Meßgröße (L) um das Ausgangssignal eines Lambdasensors (145) handelt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Signal (F), das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft charakterisiert ein Feuchtegrad (X) und ein Molanteil (W) des Wasserdampfes in der Luft vorgebbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollgröße (QLS) für die die zugeführte Luft beeinflussende Steuerung, derart korrigiert wird, daß bei größerem Feuchtigkeitsgehalt (F) eine größere Luftmasse zuführbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßgröße (QL) abhängig von wenigstens dem Feuchtegrad (X) korrigierbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßgröße (QL) um einen Wert reduziert wird, der wenigstens abhängig von dem Feuchtegrad (x) vorgebbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßgröße (L) wenigstens abhängig von dem Molanteil (W) des Wasserdampfes in der Luft korrigierbar ist.
9. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Sensoren zur Erfassung von Signalen (QL, L), ausgehend von denen Steuersignale (U) zur Ansteuerung von Stellgliedern vorgebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von einem Signal (F), das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft charakterisiert, wenigstens eine erste Meßgröße (QL), die die angesaugte Luftmasse charakterisiert, und/oder eine zweite Meßgröße (L), die den Sauerstoffgehalt der Luft charakterisiert, und/oder eine Sollgröße (QLS) für eine die zugeführte Luft beeinflussende Steuerung, korrigieren.
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