DE3714902C2

DE3714902C2 -

Info

Publication number: DE3714902C2
Application number: DE3714902A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Mitaka Tokio/Tokyo Jp Sogawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1986-05-06
Filing date: 1987-05-05
Publication date: 1990-05-03
Also published as: GB8710549D0; GB2190202A; GB2190202B; DE3714902A1; US4761994A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Einlaßluftmenge einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der EP-A 01 15 868 ist eine Vorrichtung zum Messen der Einlaßluftmenge einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Einlaßkanal und eine Drosselklappe im Einlaßkanal aufweist, der diesen in einen ersten Abschnitt oberhalb der Drosselklappe und einen zweiten Abschnitt zwischen der Drosselklappe und den Einlaßventilen der Maschine aufteilt. Vor der Drosselklappe ist ein Strömungsmesser angebracht. Es sind erste Detektormittel zum Feststellen der Stellung oder der Öffnungsrate der Drosselklappe sowie zweite Detektormittel vorgesehen, die ein Drehzahlsignal abgeben. Ein Rechner rechnet unter Zuhilfenahme eines dynamischen Modells die Einlaßluftmenge, die tatsächlich in die Zylinder strömt, wobei eine experimentell ermittelte und abgespeicherte Übertragungsfunktion zugrundegelegt wird, die entsprechend den Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine geändert wird.

Ein Problem bei der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß das Strömungsmeßgerät oberhalb der Drosselklappe sitzt, so daß die Luftmenge, welche in die Zylinder der Maschine eingesaugt wird, nicht direkt gemessen wird. Insbesondere wird hierbei der Raum hinter der Drosselklappe nicht berücksichtigt, so daß beim Ändern der Drosselklappenstellung der Druckaufbau in diesem Raum als Anstieg in der Luftströmung interpretiert wird. Wenn der Zündzeitpunkt auf diesen Meßwerten berechnet wird, so wird das Gemisch vorübergehend zu fett. Wenn der Zündzeitpunkt, basierend auf dem Ausgang des Luftströmungsmessers, errechnet wird, so wird auch dieser kurzzeitig falsch eingestellt. Beim Schließen der Drosselklappe geschieht ähnliches.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erhöhte Genauigkeit der Bestimmung der tatsächlich angesaugten Luftmenge beim Betrieb einer Brennkraftmaschine zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale verfahrensmäßig und durch die Vorrichtung nach Anspruch 2 vorrichtungsmäßig gelöst.

Ein wesentlicher Punkt bei der vorliegenden Erfindung liegt also darin, daß das angenommene allgemeine dynamische Modell das Speichervolumen zwischen Strömungsfühler und Einlaßventilen berücksichtigt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Einlaßsystems;

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 und 5 Kurven zur Erläuterung der Beziehung zwischen den Widerständen R ₁ und R ₂ und dem Drosselöffnungsgrad sowie der Maschinendrehzahl;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens bzw. zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung;

Fig. 7 den Zeitverlauf verschiedener Werte;

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 9 Kurven zur Erläuterung der Beziehung zwischen Drosselöffnungsgrad und korrektem Widerstand R _1c.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im Einlaßkanal 2 einer Brennkraftmaschine 1 eine Drosselkammer 3 unterhalb einer Drosselklappe 4 vorgesehen, um die Pulsation von Ansaugluft zu absorbieren. Ein Hitzedrahtanemometer 10 ist oberhalb der Drosselklappe 4 vorgesehen. In der Nähe des Einlaßventiles eines jeden Zylinders der Maschine 1 sind Einspritzdüsen 5 in den Einlaßkanälen vorgesehen, um den Zylindern Kraftstoff zuzuführen. Weiterhin sind ein Drosselklappensensor 11 zum Abtasten deren Position, ein Kühlmittelsensor 12, ein Kurbelwellen-Winkelsensor 13 und ein Kurbelwellen- Winkelsensor 13 und ein O₂-Sensor 14 vorgesehen, um die entsprechenden Parameter abzutasten und Signale auszugeben, die einer Steuereinheit 20 zugeführt werden. Die Steuereinheit 20 umfaßt einen Mikrocomputer, der die Kraftstoffeinspritzdüsen 5 und die Ansteuerung der Zündspule 6 bewirkt. Die Steuereinheit 20 berechnet die Kraftstoffeinspritzzeit Tp = Q/N und korrigiert diese über das Kühlmitteltemperatursignal vom Sensor 12 und ein Rückkopplungssignal vom O₂-Sensor 14.

Unter Bezug auf die Fig. 2 und 7 wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Einlaßluft beschrieben. Wenn die Drosselklappe 4 schnell geöffnet wird (Fig. 7(a)), so schwingt die Menge Qa, die vom Strömungsmesser 10 gemessen wird über, wie dies in Fig. 7(b) gezeigt ist. Fig. 7(c) zeigt die Veränderung des Luft/Treibstoffverhältnisses nach dem Stand der Technik, bei der das Luft/Treibstoffverhältnis gering wird (fettes Gemisch). Die Steuereinheit 20 berechnet die Menge Qe an Luft, die in die Zylinder der Maschine 1 gesaugt wird, indem die Menge Qc berechnet wird, welche in die Kammer 3 und den Einlaßkanal 2 fließt, um dort den Druck beim Öffnen der Drosselklappe ansteigen zu lassen, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

Das in Fig. 2a schematisiert dargestellte Einlaßsystem weist im wesentlichen ein Ersatzschaltbild auf, wie es in Fig. 2b gezeigt ist. Insbesondere entspricht der Druck P im Einlaßkanal 2 unterhalb der Drosselklappe 4 und in der Kammer 3 der Spannung V, während die Menge Qa dem Strom I in Fig. 2b entspricht. Po repräsentiert einen Druck oberhalb der Drosselklappe 4 und entspricht der Spannung Vo in Fig. 2b.

Dieses System wird näherungsweise durch eine lineare Differentialgleichung erster Ordnung beschrieben. Bei einer sprungförmigen Erregung dieses Systems zum Zeitpunkt t = 0 verläuft die Spannung V nach folgender Gleichung:

Der Widerstand R ₁ entspricht dem Widerstand an der Drosselklappe 4, der Widerstand R ₂ entspricht dem Widerstand in der Maschine 1.

Wenn die Spannung V und der Strom I durch den Druck P und die Luftströmung Qa ersetzt werden, so ergibt sich der Druck P zu

worin

C ist hierbei eine Konstante, welche durch die Kapazität (das Volumen) des Einlaßkanals und der Drosselkammer 3 bestimmt wird. Aus obigem ist ersichtlich, daß der Druck P mit Verzögerung zum Eingangssignal mit einer Verzögerung erster Ordnung auftritt, die durch die Zeitkonstante T = C × R ₁ R ₂/(R ₁ + R ₂) bestimmt ist.

Andererseits kann, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, der Widerstand R ₁ als Funktion des Öffnungsgrades R der Drosselklappe 4 und der Widerstand R ₂ als Funktion der Maschinendrehzahl N angesehen werden. Dementsprechend werden die Widerstände R ₁ und R ₂ in Speichern als Funktion von R und N gespeichert, während der Druck Po und die Kapazität C ebenfalls in Speichern gespeichert werden. In der Steuereinheit sind somit Berechnungsmittel für die Verzögerung erster Ordnung vorgesehen, so daß der Druck P im Einlaßkanal unterhalb der Drosselklappe 4 und in der Kammer 3 bestimmt werden kann.

Die Menge Qc, welche den Druck P anhebt, kann berechnet werden, wenn man das Differential aus dem Druck P bei einer bestimmten Drosselklappenöffnung nach der Zeit (dp/dt) wie folgt berechnet:

Qc = dp/dt × C (C = Konstante)

dementsprechend ergibt sich die gesuchte Größe Qe zu

Qe = Qa - Qc.

Basierend auf der Größe Qe kann der korrekte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tp errechnet werden. Die Fig. 7(d) bis (f) zeigen Variationen des Drucks P und der Größen Qc und Qe, während Fig. 7(g) ein verbessertes Luft/Treibstoffverhältnis zeigt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 20 bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Rechner 21 zum Berechnen der Maschinendrehzahl N, basierend auf dem Ausgangssignal des Kurbelwellensensors 13, einen Abschnitt 22 zur Messung der Luftströmung und zum Abgeben eines Mengensignales Qa aus dem Ausgangssignal des Strömungssensors 10 und einen R ₁-Rechner 26 zum Berechnen des Widerstandes R ₁ an der Drosselklappe 4, basierend auf dem Ausgangssignal einer R ₁ Tabelle 23 im Speicher. Ein R ₂- Rechner 27 berechnet den Widerstand R ₂ in der Maschine 1 in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl N und dem Ausgangssignal einer R ₂-Tabelle 24. Weiterhin ist ein Speicher 25 vorgesehen zum Speichern der Konstanten C für die Kapazität (Volumen) und den Druck Po. Ein Zeitkonstantenrechner 28 ist vorgesehen, der die Zeitkonstante T basierend auf den Ausgangssignalen R ₁, R ₂ und C der Rechner 26, 27 und des Speichers 25 berechnet. Ein Druckrechner 29 ist vorgesehen, welcher die Berechnung des Drucks im Einlaßkanal durchführt, und zwar die Rechnung P _B = Po × R ₂/(R ₁ + R ₂) basierend auf den Ausgangssignalen R ₁, R ₂ und Po der Rechner 26, 27 und des Speichers 25. Weiterhin sind Berechnungsmittel 30 für die Verzögerung erster Ordnung vorgesehen, welche den Druck P(t) im Einlaßkanal zu einem Zeitpunkt t über folgende Rechnung berechnen:

(Δ t ist das Operationsintervall).

Ein Qc-Rechner ist vorgesehen, welcher die Größe Qc auf die Ausgangssignale der Verrechnungsmittel 30 für die Verzögerung erster Ordnung und den Speicher 25 hin berechnet und ein Ausgangssignal Qc abgibt. Ein Qe-Rechner 32 ist vorgesehen, um die Größe Qe aus den Ausgangssignalen Qa und Qc des Abschnittes 22 für die Strömungsmessung und des Qc-Rechners 31 zu errechnen und ein Ausgangssignal Qe abzugeben. Ein Tp-Rechner 33 ist vorgesehen, um den Einspritzzeitpunkt Tp zu berechnen, während zur Berechnung des Zündzeitpunktes ein Zündzeitpunktsrechner 34 vorgesehen ist, die auf die Ausgangssignale N und Qe des Maschinendrehzahlrechners 21 und des Qe-Rechners 32 hin arbeiten. Das Ausgangssignal des Tp-Rechners 33 wird der Einspritzdüse 5, das Ausgangssignal des Zündzeitpunktrechners 34 der Zündspule 6 zugeführt, so daß diese entsprechend gesteuert werden.

Die Arbeitsweise des Systems wird im folgenden anhand der Fig. 3 und 6 näher beschrieben. Die Größe Qa wird im Strömungsmessungsabschnitt 22, basierend auf einem Eingang vom Strömungsmesser 10 berechnet (Schritt S 101). Der Drosselklappenöffnungsgrad R wird aus dem Ausgangssignal des Drosselklappenpositionssensors 11 hergeleitet, die Maschinendrehzahl N wird vom Rechner 21, basierend auf dem Ausgangssignal des Kubelwellensensors 13 berechnet (Schritt S 102). Die Widerstände R ₁ und R ₂ werden in den Rechnern 26, 27, basierend auf Daten errechnet, die aus den Tabellen 23 und 24 in Übereinstimmung mit dem Drosselklappenöffnungsgrad R und der Maschinendrehzahl N abgeleitet werden (Schritt 103). Die Zeitkonstante T wird im Konstantenrechner 28, basierend auf den Signalen R ₁, R ₂ und C berechnet (Schritt S 104). Der Druckrechner 29 berechnet den Druck P _B = Po × R ₂/(R ₁ + R ₂) und zwar basierend auf den Ausgangssignalen des Speichers 25 und der Rechner 26 und 27 (Schritt S 105). Der Druck P(t) wird (im Schritt S 106) in den Verrechnungsmitteln 30 für die Verzögerung erster Ordnung erhalten. Der Druck P(t) und die Konstante C, die im Speicher 25 gespeichert ist, werden dem Qc-Rechner 31 zugeführt, der (im Schritt S 107) die Rechnung Qc = C × dp/dt durchführt. Die Größe Qe wird im Qe-Rechner 32 über die Rechnung Qa - Qc (im Schritt S 108) berechnet. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tp wird im Tp-Rechner 33 über die Rechnung Tp = K × Qe/N (im Schritt S 109) berechnet. Weiterhin wird der Zündzeitpunkt im Zündzeitpunktsrechner 34 (im Schritt S 110) berechnet. Das Ausgangssignal des Tp- Rechners 33 wird den Einspritzdüsen 5 zugeführt, so daß zum richtigen Zeitpunkt und während eines korrekten Intervalles Kraftstoff eingespritzt wird. Das Ausgangssignal des Zündzeitpunktrechners 34 wird der Zündspule 6 zugeführt, so daß die Zündung zum korrekten Zeitpunkt erfolgt.

Im obigen wurden die Verhältnisse so beschrieben, daß die Drosselklappe geöffnet wird. Die Wirkung ist jedoch dieselbe, wenn die Drosselklappe geschlossen wird, wodurch sonst ebenfalls eine Abweichung gewünschten Gemisches unvermeidbar war.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in der Fig. 8 erläutert wird, ist der R ₁-Rechner durch einen R ₃-Rechner 26 a ersetzt, in dem der Widerstand R ₁ über die Menge Qa an Einlaßluft korrigiert wird. Ein korrekter Widerstandswert R ₃ ergibt sich wie folgt:

R ₃ = R _1c × Qa × K

worin

R _1c = f ( R )

und K ein Koeffizient sind.

R _1c wird in einer R _1c-Tabelle 23 a als Funktion des Drosselklappenöffnungsgrades R gespeichert (siehe Fig. 9). Der R ₃-Rechner 26 a berechnet den korrigierten Widerstand R ₃ mit dem Ausgangssignal Qa des Strömungsmessungsabschnittes 22 und basierend auf Daten aus der R _1c-Tabelle 23 a in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal R des Drosselklappensensors 11. Der korrigierte Widerstand R ₃ wird den Rechnern 28 und 29 zugeführt. Andere Teile des Systems entsprechen denen der ersten bevorzugten Ausführungsform, die Wirkungsweise ist im wesentlichen dieselbe. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine genauere Arbeit gewährleistet, da der Widerstand R ₁ über die Größe Qa korrigiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Einlaßluftmenge einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Einlaßkanal (2) und einer Drosselklappe (4) im Einlaßkanal, wobei der Einlaßkanal einen ersten Abschnitt oberhalb der Drosselklappe und einen zweiten Abschnitt zwischen der Drosselklappe und den Zylindern der Maschine aufweist, mit einem Luftströmungsmesser (10) im ersten Abschnitt des Einlaßkanals, Detektormittel zur Abgabe eines Stellungssignals ( R ), das den Öffnungsgrad der Drosselklappe (4) angibt und Detektormittel (13) zur Abgabe eines Drehzahlsignals (N), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messung der Luftmenge (Qa) vor der Drosselklappe (Schritt 101);
b) Messung der Stellung der Drosselklappe ( R ) und der Drehzahl (N) (Schritt 102);
c) Bestimmung der Strömungswiderstände (R 1 und R 2) bei der Drosselklappe und in der Maschine aus den gemessenen Werten für die Stellung ( R ) und die Drehzahl (N) (Schritt 103);
d) Berechnung der Zeitkonstante (T) des Einlaßsystems aus den Strömungswiderständen und dem Volumen des zweiten Abschnitts des Einlaßkanals (Schritt 104);
e) Berechnung des statischen Enddrucks (PB) im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals mit den Strömungswiderständen (Schritt 105);
f) Berechnung des momentanen Drucks (P(t)) im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals aus dem Enddruck (PB) und der Zeitkonstanten (T) (Schritt 106);
g) Berechnung der Speichermenge (Qc) der Luft im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals proportional zur Änderung des momentanen Druckes (dp/dt) (Schritt 107);
h) Berechnung der Differenz zwischen der Speichermenge (Qc) und der gemessenen Luftmenge (Qa) (Schritt 108), aus der zunächst die Einspritzdauer (Schritt 109), und dann der Zündzeitpunkt (Schritt 110) berechnet werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) einen Luftströmungsmesser (10) im ersten Abschnitt des Einlaßkanals,
b) Detektormittel zur Abgabe eines Stellungssignals ( R ), das den Öffnungsgrad der Drosselklappe (4) angibt und Detektormittel (13) zur Abgabe eines Drehzahlsignales (N),
c) Rechner (26, 27) zur Ermittlung der Strömungswiderstände aus dem Stellungssignal und dem Drehzahlsignal mit Hilfe von gespeicherten Tabellen,
d) einen Rechner (28), der die Zeitkonstante (T) des Einlaßsystems berechnet,
e) einen Rechner (29), der den statischen Enddruck im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals berechnet,
f) einen Rechner (30), der den zeitlichen Verlauf des Druckes im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals berechnet,
g) einen Rechner (31), der die Speichermenge (Qc) der Luft im zweiten Abschnitt des Einlaßkanals berechnet,
h) einen Rechner (32), der die Differenz zwischen der Speichermenge (Qc) und der gemessenen Luftmenge (Qa) bildet, aus der ein Rechner (33) die Einspritzdauer und ein Rechner (34) den Zündzeitpunkt berechnet.