DE3634551A1

DE3634551A1 - Verfahren zur elektronischen bestimmung der kraftstoffmenge einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3634551A1
Application number: DE19863634551
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-10-10
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1988-04-21
Also published as: US4924835A; WO1988002811A1; JPH01501077A; DE3765114D1; EP0286644B1; EP0286644A1; JP2795644B2

Description

Stand der Technik

Infolge gestiegener gesetzlicher Anforderungen an den höchstzuläs sigen Schadstoffgehalt des Abgases von Brennkraftmaschinen, aber auch unter dem Aspekt der Verbesserung des Fahrkomforts von Kraft fahrzeugen werden elektronische Steuergeräte zur Steuerung der ver schiedenen Maschinenparameter immer häufiger eingesetzt. Bekannt ist beispielsweise, den Kraftstoffbedarf elektronisch aus angesaugter Luftmenge oder Luftmasse oder dem Druck im Ansaugrohr und der Dreh zahl zu errechnen, und dann eine Einspritzvorrichtung mit einem ent sprechenden Ansteuersignal anzusteuern. Im Vollastbetrieb entstehen durch die Saughübe der Maschine jedoch teilweise derart große Pulsa tionen des Luftmengen-/Massensignals und damit des Lastsignals, wel ches in Form einer Einspritzzeit oder einer Kraftstoffmenge vorlie gen kann, daß sich daraus störende und zu vermehrtem Schadstoffaus stoß Anlaß gebende Schwankungen der Gemischzusammensetzung ergeben. Im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere bei Schiebebetrieb im Leerlauf-Drehzahlbereich macht sich die Phasen verschiebung zwischen Luftmengen- bzw. Drehzahlerfassung, Einspritzzeitpunkt und abgegebenem Drehmoment ebenfalls oft störend bemerkbar. Es entstehen Instabilitäten im Leerlaufbetrieb der Brenn kraftmaschine und Ruckelerscheinungen im Schiebebetrieb.

Aus der DE-OS 24 55 482 ist eine Anordnung zur Gewinnung von Signa len bekannt, aus denen in einem elektronischen Steuergerät Ansteuer signale für die Kraftstoffzumessung erzeugt werden. Die dem Steuer gerät als Eingangssignale dienenden Signale der Maschinendrehzahl und der angesaugten Luftmasse werden einer Glättungseinrichtung mit Tiefpaß-Charakter zugeführt, um eventuell vorhandene Wechselspan nungsanteile, die infolge bedienungsfremder Einflüsse entstehen kön nen, zu dämpfen. Da die Charakteristik der Glättungseinrichtung fest bleibt, d. h. sich ändernden Zuständen der Maschine nicht angepaßt wird, arbeitet die Anordnung nicht immer ganz zufriedenstellend. Vor allem treten bei plötzlichen Lastwechseln filterbedingte Verzögerun gen in der Kraftstoffzumessung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem dieser störende Effekt von Filtereinrichtungen vermindert, wenn nicht sogar vollständig aufgehoben werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.

Vorteile der Erfindung

Das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß ein Filter mit variabler Charakteristik verwendet wird. Hinzu kommt, daß nicht die Eingangssignale des Steuergerätes, sondern die aus diesen berechneten Ausgangssignale gefiltert werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß im stationären oder quasistationären Betrieb der Brennkraftmaschine die Filtercharakteristik einem wenigstens zweidimensionalen Kennfeld entnommen wird, wodurch die Filterwirkung auf den Betriebsbereich des Motors abgestimmt werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteran sprüchen angegebenen Maßnahmen und aus der nachfolgenden Beschrei bung.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt die Systemdarstellung eines elektronischen Steuerge rätes mit Eingangs- und Ausgangssignalen,

Fig. 2 die Abhängigkeit der Filtercharakteristik von der ersten Ableitung d a _DK/dt des Drosselklappenstellunggebersignales,

Fig. 3 ein zweidimensionales Kennfeld, eingeteilt in Bereiche unterschiedlicher Filtercharakte ristik,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung mit den Eigen schaften nach Fig. 2,

Fig. 5 ein Beispiel für einen um ein Aus gangssignal liegenden Unempfindlichkeitsbereich,

Fig. 6 ein Fluß diagramm zur Bestimmung der Filtercharakteristik aus einem Kennfeld und

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Filtercharakteristik aus d α _DK/dt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein elektronisches Steuergerät bezeichnet, dem eine Reihe von Eingangsgrößen zugeführt werden. Mit 11 ist das Signal eines Drosselklappenstellungsgebers, mit 12 das Signal eines Luft massensensors (im folgenden werden Luftmasse und Luftmenge synonym benutzt, da es dem Fachmann bekannt ist, aus der Luftmenge die Luft masse zu berechnen), der ein Hitzdrahtluftmassensensor, ein nach dem Stauklappenprinzip arbeitender Sensor oder ein Drucksensor sein kann. Über den Eingang 13 wird ein Drehzahlsignal n zugeführt, mit 14 sind weitere Signale gekennzeichnet, wie z. B. Maschinentempe ratur, Kraftstofftemperatur, Klopfsignal und Lambdasondensignal. Über 15 gelangt ein zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportiona les Signal V _FZ zum Steuergerät.

Im Steuergerät 10 wurden aus den Eingangssignalen eine Vielzahl von Ausgangssignalen berechnet und erzeugt. Mit 16 ist ein Ausgang für Ansteuersignale von Kraftstoff-Einspritzventilen gekennzeichnet, mit 17 ein Ausgang für Zündimpulse, mit 18 sind die Ausgänge für weitere Signale gekennzeichnet.

Im Diagramm nach Fig. 2 sind auf der Abszisse die zeitliche Ablei tung des Drosselklappenstellungsgebersignales d a _DK/dt und auf der Ordinate die Filtercharakteristik aufgetragen. Um den Nullpunkt 20 liegt ein Unempfindlichkeitsbereich 21, dem eine Filtercharak teristik 22 zugeordnet ist. An diesen Bereich schließt sich für po sitive Werte von d α _DK/dt eine veränderliche Filtercharakteristik 23 an, für negative Werte von d α _DK/dt eine konstante Filtercha rakteristik 24. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt sich aus Fig. 2 folgendes:

Bei geringen Schwankungen der Drosselklappenstellung, wie sie z. B. im Vollastbetrieb vorkommen, bleibt das Drosselklappenstellungs gebersignal innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches 21. Das Kraft stoffzumeßsignal wird dabei durch ein stark dämpfendes Filter gefil tert. In den meisten Fällen entspricht das Kraftstoffzumeßsignal einer Einspritzzeit, die dann ebenfalls entsprechend gefiltert wird. Durch die Filterung werden die störenden Saughubeffekte eleminiert. Bei plötzlichem Öffnen der Drosselklappe (positives d α _DK/dt) ist keine Dämpfung des Kraftstoffzumeßsignales mehr erwünscht, da dies zwangsläufig zu einer Dämpfung der Beschleunigung führen würde. Daher wird in diesem Fall eine von d α _DK/dt abhängige Filtercha rakteristik 23 gewählt. Die Fig. 2 zeigt mit 23 eine stückweise lineare Abhängigkeit der Filtercharakteristik von d α _DK/dt, jedoch kann hier jede beliebige Anhängigkeit realisiert werden. Optimale Lösungen sind von Fall zu Fall experimentell zu ermitteln. Für plötzliches Schließen der Drosselklappe, einem negativen Wert von d a _DK/dt entsprechend, wird eine Filtercharakteristik 24, in ihrem Wert kleiner als der Wert bei 22 und größer als der bei 23 gewählte. Durch eine solche Charakteristik lassen sich die eingangs geschil derten Probleme kompensieren. Die mit 25 gekennzeichneten Doppel pfeile deuten an, daß die Filtercharakteristiken auch noch von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine, wie z. B. der Maschinen temperatur, abhängen können.

Fig. 3 zeigt eine Realisation des Verfahrens für den Fall, daß kein Drosselklappenstellungsgeber vorhanden ist. Auf der Abszisse ist die Maschinendrehzahl n, auf der Ordinate ein Lastsignal (wie z. B. Grundeinspritzdauer, Druck im Ansaugrohr, angesaugter Luftmassenfluß bezogen auf Drehzahl, Kraftstoffmenge) aufgetragen. Weitere Para meter sind denkbar. Teilt man jede der Achsen in fünf Bereiche ein, ergibt sich schon ein hinreichend feines Netz für die Auswahl be triebszustandsabhängiger Filtercharakteristiken. 30 entspricht dabei der Vollast, 32 einer Teillast und 31 dem Leerlauf. Das Verfahren arbeitet dann wie folgt:

Je nach Betriebszustand wird aus dem Kennfeld die für diesen Zustand günstigste Filtereinwirkung ermittelt, mit der das Lastsignal, das die Grundeinspritzzeit darstellt, gefiltert wird.

Aus Fig. 4 ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Ausführung des Verfahrens. Auf der Abszisse ist die Zeit t, auf der Ordinate stell vertretend für die einzuspritzende Kraftstoffmenge eine Grundein spritzdauer t _L aufgetragen. Die mit 40 gekennzeichnete, durchgezo gene Linie stellt den zeitlichen Verlauf des Grundeinspritzsignales t _L dar, die gestrichelten Linien 41 kennzeichnen einen um 40 lie genden Unempfindlichkeitsbereich. Zum Zeitpunkt 43 erfolgt ein plötzlicher Lastwechsel, der einen stark abknickenden Verlauf der Kurve 40 zur Folge hat. Mit 42 ist der Verlauf des gefilterten Sig nales entsprechend Kurve 40 bezeichnet. Zum Zeitpunkt 43 folgt dieser Verlauf infolge der dämpfenden Wirkung des Filters der Kurve 40 mit sich ständig vergrößernder Abweichung, und schneidet die den Unempfindlichkeitsbereich kennzeichnende obere Kurve 41. Das Verlas sen des Unempfindlichkeitsbereiches führt zum Umschalten der Filter charakteristik, worauf hin sich ein Signalverlauf entsprechend der mit 44 gekennzeichneten Kurve ergibt. Wenn die Kurve 44 im Punkt 45 die Begrenzung des Unempfindlichkeitsbereiches unterschneidet, wird wieder auf ein stärker dämpfendes Filter umgeschaltet, aus dem sich der mit 46 gekennzeichnete Verlauf ergibt.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild des Verfahrens, in dem alle drei bisher erwähnten Methoden zur Anpassung der Filtercharakteristik an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine enthalten sind. Mit 51 ist eine Differenziereinrichtung gekennzeichnet, der das Signal des Drosselklappenstellungsgebers zugeführt wird. 51 ist mit einer Ein richtung 53 verbunden, deren Ausgangssignal mit dem Schalter 54 ver bunden ist.

Gleichzeitig ist der Ausgang von 51 mit einer Schwellwertstufe 52 verbunden, die die Stellungen des Schalters 54 beeinflußt. Der Schalter 54 verbindet entweder den Ausgang der Einrichtung 53 oder den Ausgang des Kennfeldes 50 mit einer ersten Filtereinrichtung 55. Dem Kennfeld 50 werden die Signale Drehzahl, Grundeinspritzzeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und Leerlaufindikator zugeführt. Die Grund einspritzzeit wird gleichzeitig auch noch der ersten Filtereinrich tung 55, einem Fensterkomparator 56 und einer zweiten Filterein richtung 57 zugeführt. Der Fensterkomparator steuert abhängig von den Ausgangssignalen der ersten Filtereinrichtung 55 und der zweiten Filtereinrichtung 57 die Stellung des Schalters 58, mit dem er über die Wirkverbindung 59 verbunden ist. Der Schalter 58 verbindet ent weder den Ausgang von 55 oder den Ausgang von 57 mit nicht näher gekennzeichneten Verstärkungseinrichtungen, die dann die Signale zur Ansteuerung von Stelleinrichtungen abgeben. Die Anordnung gemäß Fig. 5 arbeitet wie folgt:

Im dynamischen Betrieb, bei dem das Signal d α _DK/dt eine bestimmte Schwelle überschreitet, bewirkt die Einrichtung 52 eine Schalter stellung des Schalters 54 so, daß der Ausgang der Einrichtung mit 53 mit der Filtereinrichtung 55 verbunden wird. Die Charakteristik von 55 wird dann entsprechend dem Signal von 53 eingestellt. Wird die in 52 vorgebbare Schwelle nicht überschritten, verbindet der Schalter 54 das Kennfeld 50 mit der Filtereinrichtung 55. In diesem stationären oder quasistationären Betrieb wird im Filter 55 eine Charakteristik nach Maßgabe des Kennfeldes eingestellt. Dem Filter 55 wird ein Kraftstoffmengengrundsignal, im Fall des Ausführungsbeispieles eine Grundeinspritzzeit t _L zugeführt. Am Ausgang des Filters steht dann das gefilterte Signal zur Verfügung. Im Fensterkomparator 56 wird geprüft, ob das gefilterte Ausgangssignal innerhalb oder außerhalb des um das Grundsignal liegenden Unempfindlichkeitsbereiches liegt.

Liegt es innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches, bewirkt die Ver bindung 59 eine Stellung des Schalters 58, die den Ausgang von 55 mit nicht näher gekennzeichneten Verstärkungsmitteln verbindet. Wird in 56 festgestellt, daß das gefilterte Signal den Unempfind lichkeitsbereich verläßt, wird der Schalter 58 mit dem Ausgang eines Filters 57 verbunden. Ein solcher Fall tritt bei großen Lastwechseln auf. Wirksam wird Filter 57, wie man Fig. 4 entnimmt, in dem zum Punkt 43 gehörenden Zeitpunkt. Im stationären Zustand erfolgt die Filterung also nach Maßgabe des Kennfeldes 50, im dynamischen Zu stand nach Maßgabe der Blöcke 51 und 53. Sowohl im dynamischen als auch im stationären Fall sind jedoch die Blöcke 55, 56 und 57 wirk sam.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Filtercharakte ristik aus bestimmten Parametern der Brennkraftmaschine. In 60 wird der Parameter Drehzahl eingegeben, in 61 der Parameter Last, in 62 wird die diesen Parameter entsprechende Filtercharakteristik be stimmt. Neben den Parametern Drehzahl und Last sind auch andere Maschinenparameter als Eingangsgrößen denkbar. Das Flußdiagramm nach Fig. 7 orientiert sich an der Anordnung nach Fig. 5. Im Block 70 wird aus dem Drosselklappenstellungsgebersignal die erste zeitliche Ableitung d α _DK/dt gebildet. In Block 71 wird abgefragt, ob der Wert des Differentialquotienten größer oder kleiner als Null ist. Ist der Differentialquotient größer als Null, verzweigt das Programm zum Block 72, ist er kleiner als Null verzweigt es zum Block 73. Im Entscheidungsblock 72 wird überprüft, ob der Differentialquotient größer als eine positive Konstante ist. Ist er größer als eine posi tive Konstante, wird in 74 eine Filtercharakteristik abhängig von der Größe des Differentialquotienten gewählt. Ist er kleiner als die positive Konstante, wird in 75 eine Filterkonstante C 2 so gewählt, daß sie größer als die Filterkonstante C 1 ist. War im Entscheidungs block 71 der Differentialquotient kleiner oder gleich Null, so wird im Entscheidungsblock 73 geprüft, ob der Differentialquotient klei ner als eine bestimmte untere Schranke ist. Ist er kleiner als eine bestimmte untere Schranke, so wird in 76 eine Filtercharakteristik größer C 1 abhängig von der Größe des Differentialquotienten be stimmt. Ist der Differentialquotient größer als die untere Schranke, so wird in 77 eine Filtercharakteristik der Größe C 2 bestimmt. Den Blöcken 74, 75, 76 und 77 aus gelangt das Programm zum gleichen Punkt und wird in 78 fortgesetzt. In 78 wird abhängig von der Grund einspritzzeit t _L und der im Verlauf des Verfahrens ermittelten Filtercharakteristik eine gefilterte Einspritzzeit t _LF ermittelt. Im Entscheidungsblock 79 wird geprüft, die in 78 berechnete Ein spritzzeit nach unten oder nach oben aus den um die Grundeinspritz zeit t _L gelegte Unempfindlichkeitszone herausfällt. Wird der Un empfindlichkeitsbereich verlassen, so wird im Block 80 aus der bis her geltenden Filtercharakteristik eine geänderte Filtercharakte ristik ermittelt. Diese Filtercharakteristik führt im allgemeinen zu einem Filter mit geringer Dämpfung. Aus dieser Filtercharakteri stik wird in 81 eine neue Einspritzzeit t _LF gebildet. Fiel die Zeit t _LF nicht aus der Unempfindlichkeitszone heraus, so wird in 82 der zuletzt ermittelte Wert dieser Einspritzzeit beibehalten und den Verstärkermitteln zugeführt. Von den Blöcken 81 und 82 aus springt das Programm zum Ende dieses Programmabschnittes.

Die gegenständliche Realisierung des beschriebenen Verfahrens kann entweder in analoger oder digitaler Weise erfolgen. Sowohl das Blockschaltbild nach Fig. 4 wie auch die Flußdiagramme lassen sich in analoger Schaltungstechnik, wie auch als digitales Programm auf bauen. Welche Realisierungsmöglichkeit der auf dem Gebiet tätige Fachmann benutzt, hängt von den ihm zur Verfügung stehenden Mitteln ab. Im Falle analogen Schaltungsaufbaus sind analoge Filter einzu setzen, im Falle mikroprozessorgesteuerter Anlagen sind digitale Filteralgorithmen vorzusehen. Eine genauere Beschreibung der einen oder anderen Realisierung übersteigt den Rahmen dieser Beschreibung und kann als allgemein bekannt vorausgesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung gefilterter, von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine abhängiger Ausgangssignale mittels eines elek tronischen Steuergerätes in einer Brennkraftmaschine, dadurch ge kennzeichnet, daß die Filtercharakteristik der Filter abhängig von Betriebsparametern änderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangssignal die einzuspritzende Kraftstoffmenge und/oder die Ein spritzzeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik bei Laständerungen veränderbar ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik bei Laständerungen ab geschwächt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für die Laständerung aus der ersten zeitlichen Ableitung des Drosselklappengebersignales abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für nega tive Laständerungssignale, die kleiner als eine erste Schwelle sind, ein Filter mit konstanter schwacher Dämpfung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für posi tive Laständerungssignale, die größer als eine zweite positive Schwelle sind, ein Filter mit schwacher Dämpfung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil terwirkung mit zunehmendem Laständerungssignal linear abnimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil tercharakteristik mit zunehmendem Lastsignal nach wählbarer Funktion abnimmt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß für Laständerungssignale größer als eine erste negative Schwelle und kleiner als eine zweite positive Schwelle ein Filter mit starker Filtercharakteristik verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil tercharakteristik einem wenigstens zweidimensionalen Kennfeld ent nommen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld wenigstens die Parameter Drehzahl und Last enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil terwirkung insbesondere im stationärem Betrieb der Brennkraftma schine dem Kennfeld entnommen wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Filtercharakteristik das Kennfeld und/oder das Laständerungssignal herangezogen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil tercharakteristik abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null ein Filter mit schwacher Charakteristik benutzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil terwirkung dann, wenn die Brennkraftmaschine länger als eine be stimmbare Zeitdauer im Leerlaufbetrieb betrieben wird, änderbar ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem das ungefilterte Ausgangs signal umgebenden Unempfindlichkeitsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik änderbar ist, wenn das gefilterte Aus gangssignal den Unempfindlichkeitsbereich verläßt.