DE3423013A1 - Verfahren zum steuern des betriebszustandes einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebszustands Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Es gibt gut bekannte Steuerverfahren, bei denen verschiedene Parameter des Betriebszustandes der Maschine erfaßt und der Betriebszustand der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine durch eine Berechnung einer optimalen Treibstoff-Zuführmenge für den augenblicklichen Betriebszustand der Maschine entsprechend den erfaßten Ausgangssignalen der Parameter gesteuert wird.

Beispielsweise ist in der JP-OS 57-055890

ein Verfahren beschrieben, bei dem Hauptparameter des Maschinenbetriebs kontinuierlich durch Fühler überwacht werden und entsprechend einem Kurbelwellensignal der oberen Totpunktstellung (TDC = Top Dead Center) synchron zur Drehung der Maschinenkurbelwelle abgetastet werden. Die Treibstoffzuführmenge wird entsprechend einem korrigierten Wert der abgetasteten Größe bestimmt, was durch Hinzufügen des zuletzt abgetasteten Wertes zu einem Wert erreicht wird, der von dem Unterschied zwischen dem zuletzt abgetasteten Wert und einem vorher abgetasteten Wert abhängt.

Bei einem derartigen Steuerverfahren wird ein Unterdruckwert in dem Lufteinlaß der Maschine als Hauptparameter des Maschinenbetriebes beispielsweise mittels eines Absolutdruckfühlers erfaßt.

Bei herkömmlichen Steuerverfahren, bei denen die Abtastwerte der Fühlerausgangssignale in der bereits beschriebenen Weise korrigiert werden, besteht ein Nachteil darin, daß ein Überschießen (übermäßiges Ansteigen) des korrigierten Wertes für den zuletzt abgetasteten Wert insbesondere dann aufzutreten neigt, wenn der Betriebszustand der Maschine sich sehr rasch

ändert, z.B. bei Vollgasbetrieb der Maschine. Wenn ein derartiges Überschießen des korrigierten Wertes auftritt, wird die Treibstoffzuführmenge außerordentlich gesteigert, wodurch das Luft/Treibstoff-Verhältnis schädlich beeinflußt wird, so daß sich ein überfettetes Gemisch für die Maschine ergibt.

Bei anderen Geräten, die durch ein Errechnen des Steuersignal betrieben werden, beispielsweise/Sie Abgas-Rückführmenge, sind keine so schwerwiegenden Probleme vorhanden, wenn der korrigierte Wert des Fühlerausgangssignals nicht verwendet wird, infolge des ziemlich langsamen Ansprechverhaltens dieser Geräte.

Ein Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Steuern eines Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem das Auftreten eines Überschießens des korrigierten Wertes des abgetasteten Wertes eines Hauptparameters des Maschinenbetriebes verhindert wird, um das Betriebsverhalten der Maschine zu verbessern.

Ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren kennzeichnet sich dadurch, daß der korrigierte Wert des Abtastwertes innerhalb vorbestimmter Grenzen gesteuert wird, wenn der korrigierte Wert des abgetasteten Parameters größer als ein vorbestimmter Wert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Veränderung des Abtastwertes und des korrigierten Wertes bei einem herkömmlichen Steuerverfahren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines elektronisch gesteuerten Treibstoffzuführsystems, auf das das Betriebszustands-

Steuerverfahren für die Maschine anwendbar ist,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Aufbaus der Steuerschaltung im System nach Fig. 2, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Betriebs der Steuerschaltung bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bevor in die Erklärung der vorzustellenden Erfindung eingetreten wird, wird beispielhaft mit Bezug auf Fig. 1 die Beziehung zwischen dem Abtastwert des Absolut-Unterdruckwertes im Lufteinlaß und dem korrigierten Wert des Abtastwertes mit Bezug auf Fig. 1 dargestellt.

Wenn bei einem Betriebszustand die Drosselklappe rasch bis zum vollen Wert geöffnet wird, fällt der Unterdruck im Lufteinlaß sehr rasch ab, und der Unterdruckwert stabilisiert sich bei einem in der Nähe des Umgebungsdruckes liegenden Druckwert. Der abgetastete Unterdruckwert ändert sich bei diesem Betriebszustand in der in Fig. 1 durch die ausge-i zogene Linie A dargestellten Weise. Da die Korrekturgrößfe des abgetasteten Wertes entsprechend dem Unterschied zwip schen dem zuletzt abgetasteten und dem vorher abgetasteten Wert ansteigt, zeigt der korrigierte Wert eine sehr rasche Änderung, die größer als die Änderung des Abtastwertes iist. Weiter kann der korrigierte Wert, wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet, einen dem Umgebungsdruck entsprechenden Pegel C beim überschießen überschreiten. Da ein derartiges überschiessen nicht wirklich vorhanden ist, aber die Treibstoffzuführmenge entsprechend dem korrigierten Wert verändert wird, ergibt sich eine schädliche Beeinflussung, d.h. ein fettes Luft/Treibstoff-Verhältnis in der bereits beschriebenen Weise.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines elektronisch gesteuerten Treibstoffzuführ-

systems einer Brennkraftmaschine gezeigt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden kann. Die an einer Umgebungsluft-Einlaßöffnung 1 eintretende Einlaßluft wird einem Motor 4 über ein Luftfilter 2 und einen Lufteinlaß 3 zugeführt. In dem Lufteinlaß 3 sitzt eine Drosselklappe 5, und die der Maschine zugeführte Treibstoffmenge wird entsprechend der öffnung der Drosselklappe 5 gesteuert. In einem Abgas-Auslaß 8 der Maschine 4 ist ein Dreiwege-Katalysator-Wandler 9 zur Reduzierung der schädlichen Bestandteile wie CO, HC und NOx im Maschinenabgas angeordnet- Eine EGR (ExhaustGas Recirculation)-Leitung ist als Verbindung von der Abgasleitung 8 zum Lufteinlaß 3 vorgesehen. Die Menge des durch die EGR-Leitung 10 strömenden Abgases wird durch ein EGR-Ventil 11 in der EGR-Leitung 10 gesteuert. Das Öffnungsverhältnis des EGR-Ventils 11 wird mittels eines Ventilelementes 11b entsprechend dem Druck gesteuert, der in einer Druckkammer 11a des EGR-Ventils 11 herrscht. Die Druckkammer 11a des EGR-Ventils 11 steht mit einem Teil des Lufteinlasses 3 in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe 5 über eine Druckleitung 12 in Verbindung. Die Druckleitung 12 ist mit einem Dreiwege-Elektromagnetventil 13 versehen, das in seinem Ruhezustand eine Verbindung durch die Druckleitung 12 herstellt. Bei Beaufschlagung schließt das Dreiwege-Elektromagnetventil 13 die Druckleitung 12 an der Abstromseite des Drosselventils 5 und gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Druckkammer 11a und einer Umgebungsluft-Einlaßöffnung 14 über eine Drucknebenleitung 15 hergestellt. Eine Düse oder Engstelle 16 ist in der Druckleitung 12 an der der Abstromseite des Drosselventiles 5 zugelegenen Seite der Druckleitung 12 angebracht. In der Druckleitung 15 ist in ähnlicher Weise eine Mündung oder Engstelle 17 vorgesehen. Zum Erfassen der Anhebung des Ventilelementes 11b des EGR-Ventils 11 ist ein Hubfühler 18 mit dem Ventilelement 11b verbunden, um einer Steuerschaltung 26 ein Ausgangssignal zuzuführen.

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Die Steuerschaltung 26 wird weiterhin mit Signalen von verschiedenen Fühlern beaufschlagt, z.B. einem Drosselklappen-Stellungsfühler 20, einem Absolut-Druckfühler 21, einem Kühlmittel-Temperaturfühler 22 und einem Hubkurbelwellen-Stellungsfühler 23. Der Drosselklappen-Stellungssensor 20 ist meist in Form eines Potentiometers ausgeführt und erzeugt ein Spannungssignal, dessen Spannungspegel den Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 bezeichnet. Der Absolutdruckfühler 21 ist in dem Lufteinlaß 3 in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe 5 vorgesehen und erzeugt gleichfalls ein Spannungssignal, dessen Pegel von dem Druckpegel in dem Lufteinlaß 3 abhängt. Der Motorkühlmittel-Temperaturfühler erzeugt ein Spannungssignal, dessen Pegel von der Temperatur des Motorkühlmittels abhängt. Der Kurbelwellen-Stellungsfühler 23 erzeugt ein Impulssignal, wenn eine Kurbelwelle der Maschine 4 sich in einer vorbestimmten Winkelstellung befindet, die vor dem tatsächlichen oberen Totpunkt zwischen Auslaß- und Einlaßhub liegt. Die Steuerschaltung26 erhält die Ausgangssignale der angeführten Fühler und erzeugt Ansteuersignale für das Dreiwege-Elektromagnetventil 13 und den Treibstoffinjektor 25. Außerdem erhält die Steuerschaltung 26 ein Ausgangssignal eines Umgebungsdruckfühlers 27, der den gerade herrschenden Umgebungsdruck erfaßt.

Anhand der Fig. 3 wird der Aufbau der Steuerschaltung 26 näher erklärt. Die Steuerschaltung 26 enthält eine Pegel-Korrekturs chaltung 31, die die Pegel der Ausgangssignale des Hubfühlers 18, des Drosselklappen-Stellungsfühlers 20, des Absolutdruck-Fühlers 21, des Kühlmittel-Temperaturfühlers 22 und des Umgebungsdruck-Fühlers 27 einstellt. Die Ausgangssignale der genannten Fühler, deren Pegel in der Pegelkorrekturschaltung 31 korrigiert wurden, wird dann einem Eingangssignal-Umschaltkreis 32 zugeführt. Ein von diesem Eingangssignal-Umschaltkreis erzeugtes analoges Ausgangssignal wird dann einem Analog/Digital-Wandler 33 zugeführt.

Die Steuerschaltung 26 enthält weiter einen Wellen- oder Impulsformer 34, der die Impulsform des Ausgangssignales des Kurbelwellenfühlers 23 formt und ein TDC-Signal erzeugt, und einen Zähler 35, mit dem der Abstand der Impulse der TDC-Signale von dar Impulsformerschaltung 34 bestimmt wird. Zum Ansteuern des Elektromagnetventils 13 und des Treibstoffinjektors 25 sind Ansteuerschaltungen 36 bzw. 37 in der Steuerschaltung 26 vorgesehen. Eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU 40 ist für die digitalen Rechenvorgänge nach einem vorbestimmten Programm vorgesehen, und ein Festwertspeicher ROM 41 zum Speichern der verschiedenen Verfahrenprogramme und von Nachschaudaten und ein Speicher mit freiem Zugriff RAM 42 sind ebenfalls vorgesehen. Der Eingangssignalümschaltkreis 32, der A/D-Wandler 33, der Zähler 35, die Ansteuerschaltungen 36 und 37, die CPU 40, der ROM 41 und der RAM 42 sind über eine Eingangs/Ausgangs-Sammelleitung 43 miteinander verbunden. Das TDC-Signal von der Impulsformerschaltung 34 wird der CPU 40 zum Starten der Berechnung auf Grundlage einer TDC-Signal-Unterbrechung zugeführt. Zusätzlich zu den Programmen für den Betrieb der CPU 40 sind im ROM Daten einer Grund-Treibstoffeinspritz-Zeitdauer für den Betrieb des Treibstoffinjektors 25 entsprechend einem

des

Grundwert für die Menge/der Maschine 4 zuzuführenden Treibstoffes gespeichert, und diese Tabelle wird in Abhängigkeit von dem Absolutdruckwert der Ansaugluft und der Motordrehzahl gelesen, und außerdem sind Daten einer Grund-EGR-Menge gespeichert, die ebenfalls in Abhängigkeit von dem Absolutdruck der Ansaugluft und der Motordrehzahl gelesen werden. Diese Speicherung geschieht in Form von Datentabellen.

Der Betrieb der Steuerschaltung 26 wird nun erklärt. Eine der Informationen: Öffnungsgrad des EGR-Ventils 11, Öffnungsgrad der Drosselklappe 5, Druck der Ansaugluft, Kühlmitteltemperatur und Umgebungsdruck wird wahlweise vom A/D-Wandler 33 über den Eingabe/Ausgabe-Datenleiter 43

der CPU 40 zugeführt, und ebenfalls wird die durch den Zähler 35 erhaltene Drehzahlangabe über den Datenleiter 43 der CPU 40 zugeführt. Entsprechend einem vorbestimmten Betriebsprogramm liest die CPU 40 jede dieser angeführten Informationen und berechnet die Brennstoffeinspritz-Zeitdauer des Injektors 25 aus der angegebenen Datentabelle und einer vorbestimmten Rechenformel sowie die EGR-Menge synchron zum TDC-Signal auf Grundlage der angegebenen Informationen. Dementsprechend wird die Maschine 4 mit Treibstoff durch den Treibstoffinjektor versorgt, der durch die Ansteuerschaltung 37 entsprechend der nach dem angegebenen Verfahren berechneten Brennstoffeinspritzdauer beaufschlagt wird, und gleichzeitig wird das Dreiwege-Elektromagnetventil 13 durch die Ansteuerschaltung 36 beaufschlagt, um den Druckwert in der Druckkammer 11a des EGR-Ventils 11 zu verändern. Die Steuerung des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 11 geschieht über die Veränderung des Einschaltverhältnisses des Magnetventils 13.

Das Flußdiagramm in Fig. 4 zeigt die Reihenfolge der Betätigungen entsprechend dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren, wie es durch die Steuerschaltung 26 ausgeführt und nachstehend erklärt wird.

Bei diesem Verfahren liest die CPU 40 den Absolutwert P des Ansaugluftdruckes aus den Ausgangssignalen des A/D-Wandlers 33 im Schritt 51 als einen Ansaugluft-Absolutdruck P_ synchron zum TDC-Signal. Der abgetastete Wert P wird dann im RAM 42 zur Berechnung zur Zeit des letzten Impulses des TDC-Signals in einem Schritt 52 gespeichert, und ebenfalls für die Berechnung zum Zeitpunkt der folgenden beiden TDC-Signale, in einem Schritt 53. Nach diesen Operationen liest die CPU 40 einen vorhergehenden Abtastwert P_R _₁ und den weiter vorhergehenden Abtastwert P₁, ~ aus dem RAM

on— c.

in einem Schritt 54 aus und bestimmt, ob ein Absolutwert

I P₁- - V J des Unterschiedes zwischen dem zuletzt

I Bn DH~ Δ'

abgetasteten Wert P_n und dem vorvorhergehenden Abtasten

wert P_{0 o} größer als ein Wert ist, der eine vorbestimmte

Dl\~ Δ

Verschiebungsgröße Δ P₀,, ist, im Schritt 55. Falls

D\3

IP₁₁,, - P_n„ _ol < ΔΡ_~, wählt die CPU 40 den zuletzt I rsn rsn—/ι d\j

abgetasteten Wert P_. als Korrekturwert P₀, im Schritt

ün da

56 aus. Wenn andererseits | P_ßn - P_Bn_₂| ^= A^P _BG' errechnet die CPU 40 den Korrekturwert P durch einen Rechnungs-Vorgang, bei dem eine Konstante φ mit einer Differenz zwischen dem zuletzt abgetasteten Wert P_ und dem vorher abgetasteten Wert P ₁ multipliziert wird und der zuletzt abgetastete Wert P_ zu dem Produkt hinzugefügt wird (Schritt 57). Deshalb kann der Korrekturwert in diesem Fall als P_ßA = P_ßn + φ(P_ßn - Pg_n-1) ausgedrückt werden. Dann entscheidet die CPU 40, ob der im Schritt 57 berechnete korrigierte Wert P größer als ein vorbestimmter Wert P_n- ist, im Schritt 58. Falls P_D7. > P_D_, wird der

hiU on h>U

Korrekturwert Ρ_ΟΛ gleich dem vorbestimmten Wert P₁₃₁^ in

hSA JjU

einem Schritt 59 gemacht, da sich dann der Korrekturwert P außerhalb des tatsächlichen Bereichs der abgetasteten Werte befindet. Falls andererseits P_. ^ P₀^/ wird der

HA DKJ

im Schritt 57 berechnete Korrekturwert P_nÄ benutzt. Dann wird eine erforderliche Grund-Treibstoffeinspritz-Zeitdauer aus der Datentabelle im ROM 41 entsprechend der Motordrehzahlinformationen und dem Korrekturwert P bestimmt, wie er in den Schritten 56, 57 oder 59 berechnet bzw. festgestellt wurde. Die Treibstoffeinspritz-Zeitdauer zur Betätigung des Treibstoffinjektors wird berechnet durch Korrigieren der Grund-Treibstoffeinspritz-Zeitdauer entsprechend diesen Informationen wie z.B. Kühlmitteltemperatur, Drosselklappenöffnung und Umgebungsdruck (Schritt 60). Gleichzeitig wird die erforderliche Grund-EGR-Menge aus der in dem ROM gespeicherten Datentabelle nachgesehen, wo sie als erforderlicher EGR-Ventil-Hubwert entsprechend dem zuletzt

der

abgetasteten Wert P und/Motordrehzahlinformation gespeichert ist. Dann wird der erforderliche EGR-Ventil-Hubwert

so berechnet, daß die Grund-EGR-Menge entsprechend den Informationen wie Umgebungsdruck, Öffnungsgrad des EGR-Ventils und Öffnungsgrad der Drosselklappe korrigiert wird (Schritt 61). Ferner werden zur gleichen Zeit andere Steuerparameter, die sich aus dem Absolutwert des Ansaugdruckes außer der Treibstoff-Einspritz-Zeitdauer erhalten lassen, entsprechend dem zuletzt abgetasteten Wert P_R in diesem Schritt 61 berechnet. Durch wiederholtes Abfahren dieser Schritte wird der Betriebszustand der Maschine gesteuert. Es ist darauf hinzuweisen, daß der vorbestimmte Wert Pg₀ dem abgetasteten Wert des Umgebungsdruckes entspricht. Jedoch kann auch statt des angegebenen vorbestimmten Wertes P_R(~ ein Wert benutzt werden, der durch Abziehen einer Druckabfallkomponente für die Ansaugluft-Reibung auf dem Weg von dem Luftfilter 2 zum Ort des Absolutdruck-Fühlers 21, als Teil des Ansaugweges, von dem erfaßten Wert des Umgebungsdruckes erhalten wird.

Es zeigt sich aus der vorhergehenden Beschreibung, daß entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren der korrigierte Wert des Absolut-Unterdrucks der Ansaugluft gleich dem vorbestimmten Wert gemacht wird, wenn der korrigierte Wert größer als der vorbestimmte Wert wird. Deshalb bleibt die Treibstoffeinspritzmenge auch in dem Betriebszustand des Motors, in dem sonst der korrigierte Wert des erfaßten Luftdruckwertes in dem Lufteinlaß größer als der Umgebungsdruck wird, bei einem richtigen Pegel, während sonst z.B. bei einer abrupten Änderung des Druckes in dem Ansaugweg, geschehen kann, daß der korrigierte Wert des erfaßten Druckes größer als der Umgebungsdruck wird. Damit werden die Größen der Steuerparameter der Maschine wie die Treibstoffzufuhrmenge und die EGR-Menge innerhalb zulässiger Pegel gehalten, und der Maschinenbetrieb verbessert.

- Leerseite -

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Steuern eines Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine, die einen Lufteinlaß mit einer Drosselklappe besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druckwert im Lufteinlaß der Maschine in Strömungsrichtung nach der Drosselklappe erfaßt und ein Drucksignal erzeugt wird, daß ein korrigierter Wert errechnet wird durch Hinzufügen eines Wertes, der einem Unterschied zwischen einem zuletzt abgetasteten Wert des Drucksignales und einem vorhergehend abgetasteten Wert des Drucksignals entspricht, zu dem zuletzt abgetasteten Wert, Steuern eines Pegels des korrigierten Wertes auf einen vorbestimmten Wert, wenn der Pegel des korrigierten Wertes größer als der vorbestimmte Wert wird, und Bestimmen einer dem Motor zuzuführenden Treibstoffmenge auf Grundlage des korrigierten

   MANlTZ ■ FINSTERWALD · HEYN · MOHÜAN · 8000 MUNCHhN I¹? · nOOERT-KOCH SIHASHt I Ιΐ.Ι.. (OHi)) :'PA2 Il TT.I bX !i?!)«/;! IWMI ΓΛΧ (OB')) PU /ü HANNS-JÖRG nOTERMUND · 700OSTlJrFGARrSO(BADCANNSrAn). SEE:LBEH(JSm. 23/25 ■ TtL (0711) 56 72 M BAYER. VOLKSBANKEN AG · MÜNCHEN - BLZ 700 90000 ■ KONTO 7270 - POSTSCHECK; MÜNCHEN 770 62-805

   Wertes, der den Pegelsteuerschritt durchlaufen hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert einem Umgebungsdruckwert entspricht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Unterschied entsprechende Wert durch Multiplizieren einer Konstante mit dem Unterschied erhalten wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Schritt mindestens eine Steuermenge
   für den zu verändernden Maschinenbetriebszustand auf
   Grundlage des Druckpegels in dem Lufteinlaß entsprechend dem abgetasteten Wert statt dem korrigierten Wert bestimmt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermenge des Maschinenbetriebszustandes eine Menge von Abgas-Rückführung der Maschine ist.