DE3638564C2 - Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Last zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Last zum Steuern einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des An­ spruchs 2.

In Fig. 9 ist ein herkömmliches Benzineinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gezeigt, das einen Luftströmungssensor (im folgenden AFS genannt) aufweist, der den Massenstrom von angesaugter Luft zur Maschine detektieren kann. Das in Fig. 9 gezeigte Benzineinspritzsystem umfaßt einen Luftfilter 2, ein Hitzdrahtanemometer als AFS 2, eine Drosselklappe 3 zur Steuerung des Massenstroms der Ansaugluft der Maschine, einen Druckausgleichsbehälter 4, einen Einlaßkrümmer 5, ein Einlaßventil 6, das von einer (nicht gezeigten) Nockenwelle betätigbar ist und zwar über Zwischenschaltung eines Ventilbetätigungsmechanismus (nicht gezeigt), eine Vielzahl von Maschinenzylindern 7, von denen nur einer der Einfachheit halber gezeigt ist, eine Einspritzdüse 8 für jeden Zylinder 7 und eine Steuereinheit 9 (im folgenden ECU genannt) zum Steuern der von jeder Einspritzdüse 8 eingespritzten Benzinmenge für jeden Zylinder 7 in einem entsprechenden Verhältnis zum einströmenden Massenstrom von Ansaugluft, die vom jeweiligen Zylinder 7 angesaugt wird, so daß ein vorbestimmtes Luft-Brennstoffverhältnis sichergestellt ist. Die ECU 9 ist so ausgebildet, daß sie die Menge an eingespritztem Treibstoff für die jeweiligen Einspritzdüsen 8 auf der Basis von Steuersignalen vom AFS 2, einem Kurbelwellenwinkelfühler 10 zum Feststellen des Drehwinkels der Kurbelwelle (nicht gezeigt), einem Starterschalter 11 und einem Temperatursensor 12 bestimmt, der die Temperatur des Motorkühlmittels detektiert. Darüber hinaus bestimmt die ECU 9 auch die Pulsbreite eines elektrischen Pulssignals für jede Einspritzdüse 8 in Synchronisation mit einem Signal, das vom Kurbelwellenwinkelfühler 10 kommt. Hierbei kann der Kurbelwellenwinkelfühler 10 in bekannter Art ausgebildet sein, wobei dieser Sensor ein Rechtecksignal ausgibt, das beim oberen Totpunkt (im folgenden TDC genannt) abfällt und beim unteren Totpunkt (im folgenden BDC genannt) bei der Maschinendrehung ansteigt.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm zur genaueren Erklärung der Wirkungsweise der ECU 9. Gemäß dieser Abbildung umfaßt die ECU 9 einen Drehzahldetektierabschnitt 9a, zur Feststellung der Maschinendrehzahl durch Messung eines Zyklus von Rechtecksignalen zwischen aufeinanderfolgenden TDC′s; einen Detektierabschnitt 9b zum Feststellen der mittleren Luftansaugmenge, um die Ausgangssignale des AFS 2 zwischen aufeinanderfolgenden TDC′s des betreffenden Rechtecksignals aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 10 zu mitteln; eine Recheneinheit 9c zur Feststellung einer Basis-Pulsbreite über die Teilung einer mittleren Luftströmungsrate, die als Ausgang aus dem Detektierabschnitt 9b für die mittlere Luftansaugmenge kommt, wobei die mittlere Luftansaugmenge durch das Ausgangsergebnis des Drehzahldetektierabschnittes 9a dividiert wird; eine Korrekturschaltung 9d für den Aufwärmvorgang, die so ausgebildet ist, daß sie einen Korrekturkoeffizienten entsprechend der Kühlmitteltemperatur (festgestellt durch den Temperatursensor 12) zum Korrigieren der Basispulsbreite abgibt, der von der Recheneinheit 9c für die Basispulsbreite abgegeben wird, wobei der Korrekturkoeffizient damit addiert bzw. multipliziert wird, so daß man eine optimale Einspritzpulsbreite bekommt; eine Recheneinheit 9f für die Startpulsbreite, zur Bestimmung einer geeigneten Startpulsbreite, abhängig von der festgestellten Temperatur des Motorenkühlmittels; einen Schalter 9g, um entweder die Einspritzpulsbreite oder die Startpulsbreite abhängig von einem Ausgangssignal des Starterschalters 11 auszuwählen, der den Startzeitpunkt der Maschine detektieren kann; und einen Zeitschalter 9h, der derart ausgebildet ist, daß die Einspritzpulsbreite oder die Starterpulsbreite (je nachdem welcher ausgewählt ist) in Form eines Monoflop- Pulses bei Abfall (TDC) des Ausgangssignals des Kurbelwellenwinkelfühlers 10 abgegeben wird, wodurch die Einspritzdüsen 8 über die Einspritztreiberschaltung 9i betätigt werden.

Bekanntermaßen ist die Grundmenge von Kraftstoff, die von jeder der Einspritzdüsen 8 eingespritzt wird, proportional der in jeden der Zylinder 7 pro Umdrehung der Maschine angesaugten Luftmenge (oder der Ladeeffizienz der Einlaßluft). Im folgenden wird anhand der Fig. 11 ein Verfahren für den rechnerischen Festlegungsvorgang für die Basiskraftstoffmenge beschrieben, die von jeder Einspritzdüse 8 eingespritzt wird.

Wie in Fig. 11a gezeigt, kommt vom Kurbelwellenwinkelsensor 10 ein Rechtecksignal, dessen abfallende Flanken mit den TDC's und dessen ansteigende Flanken mit den BDC's übereinstimmen, wobei das Intervall zwischen zwei TDC's einem Kurbelwellenwinkel von 180° entspricht. In Fig. 11b ist die Änderung des Massenstroms von einströmender Luft bei Beschleunigung der Maschine gezeigt, wobei die durchgezogene Kurve A dem Ausgangssignal des AFS 2 entspricht, die strichpunktierte Linie B dem Ausgangssignal des Detektierabschnittes für die mittlere Luftansaugmenge 9b, die den Mittelwert des AFS-Signals A zwischen aufeinanderfolgenden TDC's darstellt und auf deren Basis die richtige Menge von einzuspritzendem Treibstoff berechnet wird. Die unterbrochene (strichlierte) Kurve C zeigt ein Unterdrucksignal, das den Unterdruck im Einlaßkrümmer 5 darstellt, der etwa dem Netto-Massenstrom von Luft entspricht, der tatsächlich in den betreffenden Zylinder 7 angesaugt wird.

Aus Fig. 11 kann man sehen, daß während der Übergangsphasen der Maschine, z. B. beim Beschleunigen, der Massenstrom der Luft (Kurve A), der durch den AFS 2 gemessen wird, wesentlich größer als der Netto-Massenstrom der Luft (Kurve C) wird, die tatsächlich in den betreffenden Zylinder 7 gesaugt wird. Dies rührt daher, daß der Massenstrom der vom AFS 2 gemessen wird, zusätzlich zum Massenstrom von Luft, die dem jeweiligen Zylinder 7 zugeführt wird, dem Massenstrom an der Luft umfaßt, welche in diejenigen Abschnitte des Ansaugdurchlasses geladen wird, die unterhalb bzw. nach der Drosselklappe 3 angeordnet sind, wobei diese Abschnitte den Ausgleichsbehälter 4 und den Einlaßkrümmer 5 umfassen.

Die Fig. 11c bis 11f zeigen Einspritzpulse, wenn Benzin simultan in die betreffenden Zylinder 7 über die betreffenden Einspritzdüsen 8 in einen Vierzylindermotor eingespritzt wird, wobei die durchgezogenen Linien Pulse darstellen, die auf dem Netto-Massenstrom von tatsächlich in den betreffenden Zylinder 7 angesaugter Luft basieren und wobei die unterbrochenen Linien Pulse darstellen, die auf demjenigen Massenstrom von Luft basieren, die an den Massenstrom von Luft gekoppelt sind, wenn das Drosselventil 3 ganz geöffnet ist. In dieser Art werden die überschüssigen Beträge an Pulsbreiten direkt über den Massenstrom von Einlaßluft (Kurve A), gemessen durch den AFS, unterdrückt.

Mit der oben beschriebenen herkömmlichen Benzineinspritzsteuerung vom Typ L Jetronic wird der Massenstrom von angesaugter Luft, der durch den AFS 2 gemessen und durch die Drehzahl dividiert wird, als Basis für die Benzineinspritzmenge verwendet, so daß im Übergangszustand der Maschine, wie z. B. bei deren Beschleunigung, eine Steuerung der Maschine in Übereinstimmung mit dem Massenstrom von tatsächlich in den betreffenden Zylinder 7 angesaugter Luft schwierig ist.

Aus der DE 34 15 214 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines den Lastzustand einer Brennkraftmaschine angebenden Signals zur Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Bildung ei­ nes Kraftstoffeinspritzwertes, bekannt. Zylin­ der(druck)schwankungen werden durch eine Mittelung der er­ mittelten Lastsignalwerte ausgeglichen. Diese Mittelung erfolgt entweder durch gleichgewichtige Berücksichtigung eines neuge­ bildeten Lastsignals mit dem jeweils letzten, bisher gebildeten Lastsignal oder durch eine stärker rückbezogene Mittelung. Die Entscheidung, mit welchem Faktor gemittelt wird, wird von einem sogenannten Entscheidungsblock vorgenommen. Hierbei wird fest­ gestellt, in welchen Bereichen des Drehzahl-Lastdiagramms die Brennkraftmaschine gerade arbeitet, um entweder eine stärker rückbezogene oder eine gleichgewichtete Mittelung vorzunehmen.

Im Falle der Beschleunigung der Brennkraftmaschine, d. h. bei einem dynamischen Vorgang, wird die gewichtete Mittelung des Lastwertes jedoch aufgehoben und der aktuell erstellte Lastwert unmittelbar als neuer aktueller Wert übernommen.

Demgemäß wird in Übergangszuständen die vorgeschlagene Ermitt­ lung des Lastzustandes aufgehoben und auf einen wesentlich grö­ beren und ungenaueren Wert zurückgegriffen. Auch im Gleichge­ wichtszustand arbeitet das beschriebene Verfahren mit rein em­ pirischen Gewichtungsfaktoren. Das Verfahren ist daher je nach Auswahl der Gewichtungsfaktoren immer noch ungenau.

Bei der Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß DE 33 11 892 A1 wird von einer annähernd linearen Beziehung zwischen der angesaugten Luftmenge und dem Absolutdruck im An­ saugkrümmer der Brennkraftmaschine ausgegangen. Aus einer Be­ stimmung des Absolutdruckes soll dann die Steuerung der Brenn­ kraftmaschine erfolgen. Als deutliches Problem wird herausge­ stellt, daß die Steuerung dann versagt, wenn sich der Absolut­ druck im Ansaugkrümmer im Falle einer Beschleunigung plötzlich ändert. Aufgrund dessen wird dort vorgeschlagen, stichprobenar­ tig festzustellen, ob und mit welchem Betrag sich eine Diffe­ renz von zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Druckmeßwer­ ten einstellt. Im Falle des Überschreitens einer vorgegebenen Differenz wird ein neuer Meßwert durch Berücksichtigung einer gewissen Konstante erstellt. Die erwähnte Konstante wird als Koeffizient zur Multiplikation eines zu einem bestimmten Zeit­ punkt ermittelten Druckmeßwertes herangezogen.

Die DE 33 11 892 A1 läßt offen, welche Auswirkungen Kom­ pressions- und Dekompressionsvorgänge der im Ansaugtrakt schwingenden Luftmassen, insbesondere bei Übergangszuständen der Brennkraftmaschine bezogen auf die vorher erwähnte Lineari­ tät, haben. Auch dieses Verfahren scheint daher den besonderen Bedingungen, die im Übergangszustand einer Brennkraftmaschine zu berücksichtigen sind, nicht Rechnung zu tragen.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine exaktere Benzineinspritzsteuerung erreicht wird, als dies bis­ her möglich war.

Diese Aufgabe wird alternativ gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 1 oder die Merkmale des Anspruchs 2. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist im Anspruch 3 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung bevor­ zugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der elektronischen Steuereinheit;

Fig. 2 und 3 Flußdiagramme zur Erklärung der Wirkungsweise der Steuerung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer TDC- Unterbrechungsroutine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Begrenzungsprozesses gemäß einer zweiten und einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 bis 8 Flußdiagramme von Steuerungsprogrammen, die verschiedene TDC Unterbrechungsroutinen zur Durchführung der zweiten und der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen;

Fig. 9 einen schematisierten Teil-Längsschnitt eines Ansaug-Einspritzsystems, das mit der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann;

Fig. 10 eine herkömmliche Steuereinheit, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 9 bisher verwendet wird; und

Fig. 11 ein Diagramm zur Beschreibung der Wirkungsweise von Benzineinspritzungen.

Die Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer Anordnung, wie sie bereits eingangs anhand von Fig. 9 beschrieben wurde, verwendet werden. Intern umfaßt hierbei die Steuereinheit Halbleiterbauteile, wie sie in Fig. 1 beschrieben sind, wobei der Steuerungsprozeß in den Fig. 2 bis 4 und 6 bis 8 beschrieben ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Steuerungsanordnung ein Digitalinterface 901, das digitale Signale des Sensors 10 an der Nocken- oder an der Kurbelwelle und die Signale des Starterschalters 11 aufnehmen kann. Ein Analoginterface 902 ist vorgesehen, das die Analogsignale des AFS 2 und des Temperatursensors 12 aufnehmen kann; weiterhin sind ein Multiplexer 903, ein A/D-Wandler 904 zum sukzessivem Wandeln der Analogsignale aus dem AFS 2 und dem Temperatursensor 12 über das Interface 902 und den Multiplexer 903 in digitale Signale vorgesehen. Eine CPU 905 mit einem ROM 905a, einem RAM 905b und einem Zeitgeber 905c sowie einem Zähler 905d ist vorgesehen und so ausgebildet, daß sie eine korrekte Pulsbreite für die Benzineinspritzung über ein Programm berechnen kann, das weiter unten anhand der Fig. 2 bis 4 und 6 bis 8 erläutert wird, wobei die Basis hierfür Signale bilden, die über das Digitalinterface 901 und den A/D-Wandler 904 eingehen. Es ist eine Einspritz-Treiberschaltung 906 zum Treiben der Einspritzdüsen 8 mit der Pulsbreite vorgesehen, die von der CPU 905 errechnet wird. Die Einspritz- Treiberschaltung 906 kann der mit 9i in Fig. 10 bezeichneten entsprechen.

Im folgenden werden Wirkungsprinzipien der Erfindung erläutert, die für alle dargestellten Ausführungsformen gelten.

Die folgenden Definitionen gelten für den n-ten Zyklus zwischen aufeinander folgenden TDC's (Zyklus ist der Zeitraum zwischen zwei oberen Totpunkten von zwei aufeinanderfolgenden Zylindern).

Zyklus zwischen zwei TDC′s
T(n) [s]
Mittlerer Massenstrom zwischen TDC′s gemessen durch AFS	A(n) [g/s]
Mittlerer Ladedruck am Einlaß unterhalb der Drosselklappe zwischen TDC′s	P(n) [bar]
Massenstrom von in die Zylinder zwischen TDC′s gesaugter Luft	E(n) [g/s]
Mittlere Temperatur von Einlaßluft an Einlaßabschnitten (Ansaugkrümmer) der einzelnen Zylinder zwischen TDC′s	ti(n) [K]
Mittlere Abgastemperatur zwischen TDC′s	tr(n) [K]
Mittlerer Druck von Abgas zwischen TDC′s	Pr(n) [bar]

Hierbei werden die folgenden Konstanten benötigt:

In diesem Fall berechnet sich der Massenstrom von Luft E(n), der in den jeweiligen Zylinder gesaugt wird beim n-Zyklus wie folgt:

hierbei bedeutet η_v eine volumetrische Effizienz, die wie folgt ausgedrückt ist:

Ein Anwachsen des Massenstroms von Luft im Abschnitt des Einlaßdurchlasses mit einem Volumen Vs unterhalb der Drosselklappe 3 ist gleich dem mittleren Massenstrom A(n), der vom AFS 2 gemessen wird und von der der Massenstrom von Luft subtrahiert wird, der in die jeweiligen Zylinder 7 gesaugt wird, so daß sich ein gesteigerter Massenstrom wie folgt ergibt:

Wenn die Gleichungen (1) und (2) nach P(n) aufgelöst werden, so ergibt sich

Für den (n-1)ten Zyklus ergibt sich Gleichung (4) wie folgt:

Wenn man die Gleichungen (4) und (5) in die Gleichung (3) einsetzt, so ergibt sich der Massenstrom E(n) wie folgt:

Nachdem die Änderungsraten der Temperatur und des Drucks des Abgases zwischen TDC′s wesentlich kleiner als diejenigen für den mittleren Massenstrom A(n), den Ladedruck P(n), den Massenstrom E(n) und den Zyklus T(n) sind, folgt, daß in Gleichung (6) t_i (n-1)≈t_i (n); t_r (n-1)≈t_r (n); und P_r (n-1)≈P_r (n) sind. Daraus wiederum folgt, daß der dritte Ausdruck in Gleichung (6) vernachlässigt werden kann, so daß die Gleichung (6) folgendermaßen angenähert werden kann:

worin

Hierbei ist K eine Konstante, die durch die Bauart der Maschine bestimmt ist.

Aus der obigen Gleichung (7) kann geschlossen werden, daß der Massenstrom von Luft E(n), der jeweils in einen Zylinder 7 gesaugt wird, aus der Konstanten K, dem mittleren Massenstrom A(n), gemessen durch den AFS, und dem Maschinendrehzyklus T(n) berechenbar ist.

Wenn die Ladeeffizienz CE(n) von Einlaßluft für einen Massenstrom von angesaugter Luft berechnet wird, so ergibt sie sich wie folgt:

Wenn man die Gleichung (8) in die obige Gleichung (7) einsetzt, so ergibt sich die folgende Gleichung (9):

CE(n) = K·CE(n-1)+(1-K)·A(n)·T(n)· K_A (9)

worin

Hierbei kann festgestellt werden, daß die Ladeeffizienz CE(n) keinen dividierten Ausdruck umfaßt und somit viel angenehmer hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit verwendet werden kann. Nachdem außerdem der Parameter der Ladeeffizienz CE(n) als Parameter verwendet werden kann, der die Maschinenlast repräsentiert, kann in einem Benzineinspritzsystem ein Diagramm für das Basis-Luft/ Kraftstoffverhältnis erstellt werden, das z. B. als zweidimensionales Diagramm zwischen der Drehzahl und der Ladeeffizienz verwendbar ist.

Im folgenden wird anhand der Flußdiagramme gemäß den Fig. 2 bis 4 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Hauptroutinen, die nach Einschalten einer elektrischen Stromversorgung ablaufen. Das System wird beim Schritt S501 initialisiert. Im Schritt S502 wird ein Abwürge-Verhinderungs-Prozeß durchgeführt, im Schritt S503 wird festgestellt, ob die Maschine abgewürgt wurde. Wenn die Maschine abgewürgt wurde, so kehrt das System zum Schritt S502 zurück, so daß die Schritte S502 und S503 wiederholt werden, bis die Maschine nicht mehr abgewürgt wird. Wenn die Maschine nicht abgewürgt wurde, wird über das Starten der Maschine im Schritt S504 entsprechend dem Zustand des Starterschalters 11 entschieden, so daß dann, wenn entschieden wurde, daß sich die Maschine in der Anlaßperiode befindet, eine Startpulsbreite τ_ST im Schritt S505 festgelegt wird und zwar auf der Basis der Temperatur des Motor-Kühlmittels, die vom Temperatursensor 12 (Fig. 9) festgestellt wurde, ähnlich dem vorher erwähnten Steuersystem, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, worauf das System zum Schritt S503 zurückkehrt. Wenn aber im Schritt S504 festgestellt wurde, daß die Maschine nicht gestartet ist, so berechnet das System verschiedene Korrekturkoeffizienten C, sowie z. B. den Anwärm- Koeffizient und kehrt dann zum Schritt S503 zurück. Daraufhin wird im Betrieb der Maschine der Prozeß vom Schritt S503 zum Schritt S506 immer wieder ausgeführt.

Fig. 3 zeigt eine Unterbrechungsroutine (für 1 ms), bei der im Schritt S601 das Ausgangssignal des AFS 2 über das Analoginterface 902, den Multiplexer 903 und den A/D- Wandler 904 eingegeben wird, in dem es in ein digitales Signal mit einem Betrag Vi umgesetzt wird, daraufhin wird im Schritt S602 ein korrekter Massenstrom Qi für die Spannung Vi über eine Umrechnungstabelle errechnet, der im ROM 905a gespeichert ist. Daraufhin wird im Schritt S603 ein Massenstrom für die Einlaßluft Qi für jede 1 ms über die Integration der so erhaltenen Massenströme berechnet und als "S" im ROM 905b gespeichert und zwar zusammen mit der Anzahl von Integrationen, die als "i" ebenfalls im ROM 905b gespeichert wird. In diesem Zusammenhang ist es von Wichtigkeit, daß die Schritte S604 und S605 dafür vorgesehen sind, um ein Temperatursignal umzuwandeln, das die Temperatur des Maschinen-Kühlmittels darstellt und in Form eines Analogsignals (wie das AFS-Signal) vorliegt.

Fig. 4 zeigt eine Unterbrechungsroutine, die für jeden TDC des Kurbelwellensignals, bei der im Schritt S701 ein Zyklus T(n) zwischen aufeinander folgenden TDC′s berechnet wird. Im Schritt S702 wird der Massenstrom von eingelassener Luft S, die über die 1 ms Unterbrechungsroutine nach Fig. 3 als Integration berechnet wurde, durch die Anzahl der Integrationen "i" dividiert, so daß ein mittlerer Massenstrom von Einlaßluft A(n) zwischen aufeinander folgenden TDC′s erhalten wird, woraufhin dann im Speicher (RAM 905b) diese Werte S und i zurückgesetzt werden. Daraufhin wird im Schritt S703 entschieden, ob eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, seit dem mit dem Zündschlüssel (nicht gezeigt) eingeschaltet wurde. Wenn nicht, so geht das System zum Schritt S704 weiter, indem es initialisiert wird, wobei der Massenstrom von Einlaßluft E(n), welcher in die Maschinenzylinder angesaugt wird, aus dem Massenstrom von Einlaßluft A(n) berechnet wird, der durch den AFS gemessen wird. Wenn aber diese Zeitperiode bereits vergangen ist (Schritt S703), so geht das System zum Schritt S705 weiter, in dem ein Netto-Massenstrom von Einlaßluft E(n) aus der vorgenannten Gleichung (7) berechnet wird und zwar unter Verwendung von A(n), E(n-1), T(n), T(n-1) und K, wie dies oben definiert wurde. Im Schritt S706 wird festgestellt, ob die Maschine gestartet wurde oder nicht. Wenn sie gestartet wurde, so geht das System zum Schritt S707 weiter, wo die Startpulse τ_ST, die schon in der Hauptroutine, wie sie in Fig. 2 beschrieben wurde, festgestellt wurde, wobei dann diese Pulsbreite als Einspritzpulsbreite τ in das RAM 905b geladen wird.

Wenn im Schritt S706 festgestellt wurde, daß die Maschine sich nicht im Startbetrieb befindet, so geht das System zum Schritt S708 weiter, in dem eine arithmetische Operation stattfindet, um die Basispulsbreite (τ_B = E(n)·T(n)·K_F) zu berechnen. Hierbei ist K_F eine Konstante, die entsprechend der Einspritzcharakteristik der jeweiligen Einspritzdüse 8 bestimmt ist. Daraufhin wird im Schritt S709 eine Einspritzpulsbreite τ aus der Gleichung τ = τ_B·C (C = Konstante) festgelegt, wie dies im Aufwärts-Korrekturabschnitt 9d der Fall ist. Danach folgt ein Schritt S710, in dem die entsprechende Aufteilung der Einspritzdüsen 8 erfolgt. Hierbei wird über gerade oder ungerade Nummer des Zylinders entschieden, so daß jede Einspritzdüse bei jeder zweiten TDC- Unterbrechung einspritzt. Im Schritt S711 wird die Einspritzpulsbreite τ, die im Schritt S709 erhalten wurde, in das Zeitglied 905c eingesetzt. Daraufhin wird im Schritt S712 E(n) und T(n), die vorher erhalten wurden, in das ROM 905b als E(n-1) und T(n-1) für die nächste TDC-Unterbrechung gespeichert. Hierbei muß bemerkt werden, daß der Prozeß in den Schritten S701, S702 und S706 bis S709 gleich sind denen im Fall nach Fig. 10.

Es kann auch der Fall auftreten, bei dem der AFS 2 eine Fehlmessung aufgrund von Pulsation oder Zurückblasen der Einlaßluft bei niedriger Geschwindigkeit oder im Hochlastbereich durchgeführt (z. B. 1000 bis 3000 U/min und -67 bis 0 mbar ohne Turbolader). Fig. 5 zeigt einen solchen Fall, in dem der Ausgang des Hitzdrahtanemometers AFS 2 jede ms gesammelt und in einen Massenstrom konvertiert wird, der auf der Ordinate dargestellt ist. Der so erhaltene Massenstrom wird über einen Einlaßhub der Maschine gemittelt, um so einen Ladedruck anzuzeigen, der auf der Abzisse dargestellt ist, wobei die Drehzahl der Maschine als Parameter verwendet wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, erhält der Massenstrom von Einlaßluft A(n) einen recht hohen Wert aufgrund des Zurückblasens von Einlaßluft und zwar für die oben erwähnte niedrige Drehzahl oder den Bereich hoher Last der Maschine. Um dem vorzubeugen, wird vorzugsweise eine obere Grenze für die Drehzahl festgesetzt, bei der der Massenstrom der Einlaßluft mit einem Ladedruck von 0 mbar oder einer vorbestimmten Ladeeffizienz von Einlaßluft (z. B. 0,9) auf den linearen Fortsetzungen der entsprechenden Massenstrom/ Ladedruckkennlinien festgelegt wird, wie dies mit den unterbrochenen Linien in Fig. 5 gezeigt ist. Auf diese Weise kann der Massenstrom von Einlaßluft begrenzt werden.

Dementsprechend wird über Einstellung des Massenstroms von Einlaßluft und der Begrenzung für den Massenstrom an Einlaßluft A(n) in Gleichung (7) ein korrekter Massenstrom von Einlaßluft eingestellt, wenn sich die Maschine im stetigen Betrieb befindet, auch wenn dies bei niedrigen Drehzahlen oder bei hoher Last der Fall ist.

Während Übergangsperioden, wie z. B. der Beschleunigung der Maschine, kann es ein Überschwingen des Massenstroms geben, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Wenn der vorgenannte Begrenzungsprozeß in diesem Fall ausgeführt wird, so verliert die obige Gleichung (7) die ihr zugedachte Rolle. D. h., es wird dann also schwierig, einen korrekten Massenstrom festzulegen, um die Anforderungen bei Beschleunigung der Maschine zu erfüllen.

Um diese Situation zu vermeiden, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der o. g. Begrenzungsprozeß während eines vorbestimmten Intervalls von Zündungen während einer Beschleunigung nicht durchgeführt. Der normale Begrenzungsbetrieb wird dann von dem Moment an fortgesetzt, wenn die Beschleunigung der Maschine beendet ist. Die Einleitung des Beschleunigungsprozesses kann festgestellt werden, indem man eine Veränderung des Massenstroms von Einlaßluft A(n) oder eine Veränderung der Drosselklappenposition feststellt. Es ist auch möglich, den Begrenzungsprozeß über eine vorbestimmte Zeitdauer durchzuführen (z. B. eine Periode von 0,1 bis 0,2 sec, während der die Kurven A oder B über der Begrenzungskurve D in Fig. 11 liegen), so daß im stetigen Betrieb der Maschine bei niedrigen Geschwindigkeiten oder hoher Last oder auch während der Übergangsphasen ein exakter Steuerungsbetrieb gewährleistet ist.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm mit einem abweichenden Verlauf von dem in Fig. 4 beschriebenen. Hierbei werden zwischen die Schritte S703 und S705 nach Fig. 4 die Schritte S801 bis S806 eingeschoben, so daß der Schritt S712 in Fig. 4 teilweise verändert wird.

Im Schritt S801 wird abgefragt, ob die Maschine beschleunigt, wobei Acc den notwendigen Betrag der Beschleunigung darstellt. Wenn verschiedene Bedingungen gewährleistet sind und festgestellt wurde, daß die Maschine beschleunigt, so wird im Schritt S802 der Zähler 905d für die Beschleunigungszeitperiode entsprechend der oben erwähnten Zeitperiode gesetzt. Im Schritt S803 zählt der Zähler 905d einen vorbestimmten Betrag herunter, welcher der oben genannten Beschleunigungszeit entspricht. Wenn aber im Schritt S801 festgestellt wurde, daß die Maschine nicht beschleunigt, so wird im Schritt S804 abgefragt, ob der Beschleunigungszeit-Zähler 905d zurückgesetzt ist (Zählerinhalt = 0) und, wenn nein, entscheidet das System, daß die Maschine beschleunigt und geht zum Schritt S803 weiter. Wenn der Zähler 905d zurückgesetzt ist, die Beschleunigung beendet oder die Maschine nicht im Beschleunigungszustand ist, so werden im Schritt S805 die im ROM 905a gespeicherten Daten (entsprechend den mit den unterbrochenen Linien in Fig. 5 gezeigten) gelesen, um die obere Grenze des Massenstroms von Einlaßluft A_max festzustellen, die dann mit dem Massenstrom von Einlaßluft A(n) verglichen wird, welche durch den AFS 2 im Schritt S806 festgestellt wird. Wenn A(n) gleich oder größer ist als A_max, so wird im Schritt S807 der Massenstrom für Einlaßluft A(n) beim Wert A_max festgehalten. Wenn A(n) kleiner ist als A_max, so wird der Wert natürlich nicht begrenzt. So geht das Kontrollprogramm weiter zum Schritt S705.

Daraufhin führt das System die Schritte S706 bis S711 ähnlich denen in Fig. 4 durch und geht weiter zum Schritt S808, bei dem der Massenstrom von Einlaßluft A(n) festgestellt und im RAM 905b als A(n-1) für den nächsten TDC- Unterbrechungsprozeß gespeichert wird.

Bei den Beispielen, die anhand der Fig. 2 bis 4 und 6 beschrieben wurden, wurde der Massenstrom von angesaugter Einlaßluft als Lastparameter für die Maschine verwendet. Man kann aber auch (bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung) den Betrag von Treibstoff, der von jeder Einspritzdüse eingespritzt wird, auf der Basis der Ladeeffizienz oder Aufladung von Einlaßluft anstelle des Massenstroms verwenden, wie dies vorher beschrieben wurde. Ein Beispiel hierfür wird im folgenden anhand von Fig. 7 näher beschrieben, wobei sich dieses Verfahren von dem nach Fig. 4 nur in den Schritten S901 bis S903 unterscheidet. In diesen Schritten werden arithmetische Operationen entsprechend der vorher beschriebenen Gleichung (8) und (9) durchgeführt. Ansonsten ist das Verfahren das gleiche wie das nach Fig. 4.

Fig. 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die von der nach Fig. 7 insofern abweicht, als die Begrenzungsschritte S801 bis S807, ähnlich denen nach Fig. 6, zugefügt werden. Das übrige Verfahren gleicht dem nach Fig. 7.

Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden das Zylindervolumen bzw. der Hubraum Vh, das Volumen des Einlasses unterhalb der Drosselklappe Vs und das Kompressionsverhältnis ε als Basis-Maschinenparameter verwendet. Es ist aber auch möglich, die Temperatur am Einlaßkrümmer t_i (n) und die Temperatur des Abgases t_r (n) zuzufügen, um so ein noch präziseres Modell zu erhalten, wie dies in Gleichung (6) beschrieben ist.

Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen wurden darüber hinaus verschiedene Prozesse zwischen aufeinander folgenden TDC′s durchgeführt. Anstelle dessen kann man auch zwischen nacheinander kommenden Zündzeitpunkten arbeiten, was zum selben Resultat führt.

Weiterhin wurde oben der Sensor für die Luftströmungsgeschwindigkeit AFS als Hitzdrahtanemometer beschrieben. Man kann selbstverständlich auch ein Karman oder ein anderes Strömungsmeßgerät verwenden.

Wenn die Brennkraftmaschine keinen Ausgleichsbehälter aufweist, z. B. wenn nur eine einzige Einspritzdüse verwendet wird, so kann man die selben Resultate erhalten, wenn das Volumen des Einlasses unterhalb der Drosselklappe nicht vernachlässigbar ist.

Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Maschinensteuerungen angewendet werden, wie z. B. auf ein System zur Steuerung der Zündung oder dergleichen. In diesem Fall wäre dieses ein System zur Steuerung der Maschine mittels der Bestimmung des Zündzeitpunktes, der eine Funktion von E(n) und T(n) ist. Weiterhin kann das System auch zur Steuerung einer Aufladung verwendet werden, wobei es sich hier um eine Optimierung der Steuerung des Ladedrucks handelt, der auf E(n) basiert.

Die vorliegende Erfindung hat neben den offensichtlichen noch folgende Vorteile.

Der Netto-Massenstrom von Luft, der tatsächlich in die jeweiligen Zylinder gesaugt wird, oder die Ladeeffizienz (Füllung) wird durch eine arithmetische Operation festgestellt, so daß eine präzise und optimierte Steuerung des Maschinenbetriebs auch dann möglich ist, wenn die Maschine sich in Übergangszuständen befindet. Darüber hinaus kann während der Übergangszustände der Maschine, wie z. B. bei deren Beschleunigung oder bei niedriger Geschwindigkeit oder bei hoher Last das Kraftstoffeinspritzsteuersystem geeignet betrieben werden, ohne hier begrenzen zu müssen, wodurch ein präziser Massenstrom von Einlaßluft, der tatsächlich in die jeweiligen Zylinder gesaugt wird, auch während der Übergangsphasen bestimmbar ist, so daß eine optimale Steuerung der Maschine erfolgt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Last zum Steuern einer Brennkraftmaschine, wobei der Massenstrom von Ansaugluft drehzahlsynchron abgetastet wird, daraus ein der aktuellen Last entsprechender mittlerer Massen­ strom innerhalb eines Zyklus bestimmt wird, und ein tatsächlicher Lastwert der Brennkraftmaschine aus einer fortlaufenden gewichteten Mittelung des aktuellen Lastwer­ tes mit dem in einem vorhergehenden Zyklus ermittelten tatsächlichen Lastwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die fortlaufende gewichtete Mittelung auch in einem Übergangszustand der Brennkraftmaschine erfolgt und
• - der dem tatsächlichen Lastwert entsprechende Netto- Massenstrom E (n) nach der Beziehung bestimmt wird, wobei ist, mitVS = Volumen des Ansaugdurchlasses unterhalb der Drosselklappe
  Vh = Hubraum
  ∈ = Kompressionsverhältnis
  A(n) = mittlerer Massenstrom von Ansaugluft
  T(n) = Maschinendrehzyklus
  E(n-1) = Netto-Massenstrom beim vorherigen Zyklus

2. Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Last zum Steuern einer Brennkraftmaschine, wobei der Massenstrom von Ansaugluft drehzahlsynchron abgetastet wird, daraus eine der aktuellen Last entsprechende mittlere Ladeeffizienz innerhalb eines Zyklus bestimmt wird, und ein tatsächlicher Lastwert der Brennkraftmaschine aus einer fortlaufenden gewichteten Mittelung des aktuellen Lastwertes mit dem in einem vorhergehenden Zyklus ermittelten tatsächlichen Lastwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die fortlaufende gewichtete Mittelung auch in einem Übergangszustand der Brennkraftmaschine erfolgt und
• - die dem tatsächlichen Lastwert entsprechende La­ deeffizienz Ce(n) nach der Beziehung CE(n)=K·CE(n-1)+(1-K)·A(n)·T(n) · K_Abestimmt wird, wobei ist, mitVs = Volumen des Ansaugdurchlasses unterhalb der Drosselklappe
  Vh = Hubraum
  ∈ = Kompressionsverhältnis
  A(n) = mittlerer Massenstrom von Ansaugluft
  T(n) = Maschinendrehzyklus
  CE(n-1) = Ladeeffizienz beim vorherigen Zyklus
  ρo = Standarddichte der Atmosphäre

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem bestimmten Drehzahlbereich der mittlere Massenstrom oder die mittlere Ladeeffizienz auf einen festgelegten oberen Wert begrenzt wird, und nach Feststellung einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine die Begrenzung für eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen oder eine vorbestimmte Zeitperiode nicht durchgeführt wird.