DE3934263A1 - Verfahren zur ermittlung der von einer brennkraftmaschine in einen brennraum angesaugten luftmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermitt­ lung der von einer Brennkraftmaschine in einen Brennraum angesaugten Luftmasse gemäß Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Bei einem aus "Autoelektrik und Autoelektronik am Ottomo­ tor, R. Bosch GmbH 1987, Seite 255 und 256" bekannten Verfahren wird für die Kraftstoffzumessung die in den Brennraum angesaugte Luftmasse, welche mittels eines in dem Ansaugleitungssystem angeordneten Hitzdraht- Luftmassenmesser erfaßt wird, zugrundegelegt. Dichteände­ rungen in dem Raum zwischen dem Luftmassenmesser und dem Brennraum während des Ansaugvorganges bleiben hierbei un­ berücksichtigt. So kann z. B. der Luftmassenmesser einen bestimmten Luftmassenwert angeben, ein Teil dieser Luft­ masse ist jedoch nicht in den Brennraum gelangt, sondern verursachte lediglich eine Luftmassenänderung in der Sauganlage stromab des Luftmassenmessers infolge z. B. ei­ ner Temperaturreduzierung in diesem Bereich. Ein ge­ wünschtes Kraftstoff-Luftverhältnis kann damit nicht ein­ gehalten werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrie­ benen Art aufzuzeigen, mit welchem die während eines vor­ gegebenen Ansaugintervalls tatsächlich in den Brennraum gelangende Luftmasse weitestgehend exakt bestimmbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Die über die Luftmassenmeßeinrichtung ermittelte Luftmasse während des Ansaugvorganges gelangt nur zum Teil in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der andere Teil hingegen verändert die Luftmasse in dem Raum zwischen der Luftmas­ senmeßeinrichtung und dem Brennraum (Dichteänderung auf­ grund eines sich ändernden Druckes und/oder einer sich ändernden Temperatur in der Sauganlage). Erfindungsgemäß wird nun diese Luftmassenänderung zunächst ermittelt und anschließend von der über die Luftmassenmeßeinrichtung ermittelten Luftmasse subtrahiert. Damit wird weitestge­ hend exakt die Luftmasse bestimmt, die tatsächlich in den Brennraum gelangt. Auf diese Luftmasse kann dann schließ­ lich die zuzuführende Kraftstoffmenge abgestimmt werden.

Die Luftmassenänderung in dem Raum zwischen der Luftmas­ senmeßeinrichtung und dem Brennraum wird in vorteilhafter Weise derart ermittelt, daß jeweils zu Beginn und am Ende eines vorgegebenen Ansaugintervalls der Druck und/oder die Temperatur gemessen und daraus unter Mitberücksichtigung des Volumens der Sauganlage zwischen der Luftmassenmeß­ einrichtung bzw. bei Verwendung einer Drosselklappe zwi­ schen der Drosselklappe und dem Brennraum die Luftmasse in diesem Raum ermittelt wird. Die Differenz aus diesen bei­ den Luftmassen (zu Beginn und am Ende des Ansauginter­ valls) ergibt schließlich die zu berücksichtigende Luft­ massenänderung.

Da insbesondere bei gemischverdichtenden Brennkraftma­ schinen die Kraftstoffeinbringung noch während des An­ saugtaktes (bei Vergasermotoren) oder sogar früher einge­ bracht wird (bei Einspritzmotoren durch Vorlagerung des Kraftstoffes auf dem heißen noch geschlossenen Einlaßven­ til), kann die während dieses Ansaugtaktes ermittelte tatsächliche Luftmasse nicht gleichzeitig auch für die Kraftstoffzumessung innerhalb desselben Arbeitsspieles zugrundegelegt werden. Aus diesem Grund wird diese tat­ sächliche Luftmasse z. B. bei mehrzylindrigen Brennkraft­ maschinen entweder bei der Kraftstoffzumessung für einen anderen, z. B. für den nachfolgend zündenden Zylinder oder für die Kraftstoffzumessung beim nächstfolgenden Arbeits­ spiel desselben Zylinders zugrundegelegt. Letztere Mög­ lichkeit kann auch bei Einzylinderbrennkraftmaschinen eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit dem Unteranspruch 5 aufgezeigt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles dargestellt.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brenn­ kraftmaschine in einer Prinzipdarstellung und

Fig. 2 die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 18 be­ zeichneten elektronischen Steuereinheit.

In Fig. 1 bezeichnet 5 eine vierzylindrige gemischverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine mit elek­ tronischer Kraftstoffeinspritzung. In dem Ansaugsystem 6 der Brennkraftmaschine 5 ist eine Drosselklappe 7 zur Steuerung der Brennkraftmaschinenlast angeordnet. In jeden der vier Ansaugkanäle 8-11 mündet eine Kraftstoffein­ spritzdüse 12-15, über welche der Kraftstoff noch vor Be­ ginn des Ansaugtaktes eingespritzt und damit auf dem je­ weiligen in der Zeichnung nicht dargestellten Einlaßventil vorgelagert wird. Stromauf der Drosselklappe 7 ist in der Ansaugleitung eine in Form eines Hitzdraht- Luftmassenmessers ausgebildete Einrichtung 16 zur Messung der in die Ansauganlage 6 einströmenden Luft m_HLM angeordnet. Dieser Hitzdraht-Luftmassenmesser 16 ist über eine Meßwertleitung 17 mit einer elektronischen Steuer­ einheit 18 verbunden, welcher darüber hinaus über einen in der Sauganlage 6 angeordneten Drucksensor 19 und eine Meßwertleitung 20 ein dem Absolutdruck an dieser Stelle entsprechendes Signal, über einen ebenfalls in der Saug­ anlage 6 angeordneten Temperatursensor 21 und eine Meß­ wertleitung 22 ein der Temperatur an dieser Stelle ent­ sprechendes Signal und über den Sensor 23 und die Meß­ wertleitung 24 ein der aktuellen Drehzahl n der Brenn­ kraftmaschine entsprechendes Signal zugeführt wird. Über die vier Steuerleitungen 25-28 werden die Einspritzdüsen 12-15 angesteuert. Das konstruktiv bedingt immer konstant bleibende Volumen der Ansauganlage 6 zwischen der Dros­ selklappe 7 und den Übergängen der Ansaugkanäle 9-11 in die einzelnen Brennräume ist mit V_S bezeichnet und schraffiert dargestellt. Die Zündfolge der einzelnen Zy­ linder 1 bis 4 ist 1-3-4-2.

In Fig. 2 ist die Funktionsweise der in der Fig. 1 mit 18 bezeichneten elektronischen Steuereinheit aufgezeigt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine 5 wird in einem ersten Block 29 ein Zeitgeber rückgesetzt (t=0) und genau dann gestartet, wenn sich das Einlaßventil desjenigen Zy­ linders i öffnet, welcher als nächstes mit dem Ansaugtakt beginnt. Bei diesem Ausführungsbeispiel soll dies der Zy­ linder i=1 (s. Fig. 1) sein. Unmittelbar nach dem Start des Zeitgebers werden im Eingabeblock 30 die aktuelle Brennkraftmaschinendrehzahl n und die aktuellen Werte für den Druck p_A und die Temperatur T_A in der Ansauganlage 6 eingelesen. Im folgenden Verzweigungsblock 31 erfolgt die Überprüfung, ob ein vorgegebenes Zeitintervall Δt(n) be­ reits abgelaufen ist. Dieses Zeitintervall Δt(n) ist ab­ hängig von der zuvor gemessenen Drehzahl n und entspricht je nach aktuellem Drehzahlwert genau der Dauer des An­ saugvorgangs dieses Zylinders 1. Solange dieses Zeitin­ tervall Δt(n) noch nicht vergangen ist, verzweigt die Steuerung zurück zum Punkt 32. Nach Ablauf dieses Ansaug­ intervalls Δt(n) wird im nachfolgenden Eingabeblock 33 erneut der Absolutdruck p_E und die Temperatur T_E in der Sauganlage 6 gemessen. Aus den zu Beginn und am Ende des Ansaugintervalls gemessenen Druck - und Temperaturwerten p_A, T_A bzw. p_E und T_E und dem Volumen V_S der Sauganlage wird nun im Operationsblock 34 die Luftmasse m_A zu Anfang des Ansaugintervalls Δt(n) und die Luftmasse m_E am Ende des Ansaugintervalls Δt(n) berechnet. Ebenfalls noch in diesem Operationsblock 34 wird durch Differenzbildung aus m_E und m_A die Luftmassenänderung Δm_L in der Sauganlage 6 während der Ansaugphase des Zylinders 1 berechnet. Im Eingabeblock 35 wird die über den Hitzdraht Luftmassenmesser 16 erfaßte Luftmasse m_HLM, welche während dieses Ansaugintervalls Δt(n) in die Saug­ anlage 6 eingeströmt ist, eingelesen. Diese Luftmasse m_HLM ist nur zu einem Teil in den Brennraum des Zylinders 1 eingeströmt. Der andere Teil dagegen verursachte in der Sauganlage 6 die zuvor in Block 34 ermittelte Dichte- bzw. Luftmassenänderung Δm_L. Ist zum Beispiel die Temperatur T_A in der Sauganlage 6 zu Beginn des Ansaugintervalls Δt(n) größer als die T_E am Ende, so bedeutet dies, daß die Luftmasse m_E in der Sauganlage 6 am Ende dieses Intervalls Δt(n) größer ist als die m_A zu Beginn dieses Intervalls Δt(n). D. h. also, daß die tatsächlich in den Brennraum ge­ langte und zu Verbrennung des Kraftstoffes zur Verfügung stehende Luftmasse m_tats um die Luftmassenänderung Δm_L in der Sauganlage 6 geringer ist, als die über den Hitzdraht-Luftmassenmesser 16 gemessene, in die Sauganlage 6 eingeströmte Luftmasse m_HLM. In Block 36 erfolgt daher die Ermittlung der tatsächlich in den Brennraum gelangen­ den Luftmasse m_tats. Entsprechend dieser tatsächlichen Luftmasse m_tats wird über den Ausgabeblock 37 schließlich die Kraftstoffeinspritzdüse desjenigen Zylinders ange­ steuert, welcher nach dem Zylinder zündet, der während der Meßphase gerade im Ansaugtakt war. In diesem Fall ist dies also die Einspritzdüse 14 des Zylinders 3. Im anschlie­ ßenden Verzweigungsblock 38 schließlich wird überprüft, ob zwischenzeitlich das Zündschloß zum Abstellen der Brenn­ kraftmaschine betätigt wurde. Wenn dem noch nicht so ist, verzweigt die Steuerung zurück zum Punkt 39 zum erneuten Rücksetzen und Starten des Zeitgebers (Block 29).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine teilweise Kompensation der Luftmassenänderung in der An­ sauganlage durchgeführt werden, z. B. indem dem Δm_L im Block 36 ein Faktor kleiner 1 beigefügt wird. Dieses er­ weist sich zum Ausgleich von Fehlern bei der dynamischen Kraftstoffzumessung als vorteilhaft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenso möglich, die ermittelte tatsächliche Luftmasse m_tats nicht für die Kraftstoffzumessung bei einem anderen Zylinder, sondern für die Kraftstoffzumessung beim nächstfolgenden Arbeitsspiel desselben Zylinders zugrunde zu legen.

Das Ansaugintervall Δt(n) zu dessen Beginn und Ende je­ weils die Luftmasse in dem besagten Raum gemessen wird, muß sich nicht über den gesamten Ansaugtakt eines Zylin­ ders erstrecken, es kann ebenso ein vorgegebenes "Fenster" aus dieser Ansaugphase als Intervall ausgewählt werden. Die sich in diesem Intervall einstellende Dichteänderung in der Sauganlage wird dann ebenfalls über die Druck­ und/oder die Temperaturänderung ermittelt und bei der Be­ stimmung der Kraftstoffmenge entsprechend berücksichtigt. Diese Möglichkeit findet bei mehrzylindrigen Brennkraft­ maschinen Anwendung, bei denen sich mehrere Zylinder gleichzeitig im Ansaugtakt befinden können, wie z. B. bei 8-Zylinder-Motoren.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung der von einer Brennkraftma­ schine in einen Brennraum angesaugten Luftmasse, bei welchem mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Meß­ einrichtung die in das Ansaugsystem einströmenden Luft­ masse bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Raum (V_S) zwischen der Luftmas­ senmeßeinrichtung (16) und dem Brennraum während eines vorgegebenen Ansaugintervalls (Δt(n)) die Änderung der Luftmasse (Δm_L) ermittelt wird und daß anschließend diese Luftmassenänderung (Δm_L) von der mittels der Luftmassen­ meßeinrichtung während dieses Ansaugintervalls (Δt(n)) erfaßten Luftmasse (m_HLM) ganz oder teilweise subtrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn und am Ende des Ansaugintervalls (Δt(n))in dem Raum (V_S) zwischen der Luftmassenmeßeinrichtung (16) und dem Brennraum jeweils der Druck (p_A, p_E) und/oder die Ansauglufttemperatur (T_A, T_F) gemessen, daraus jeweils die in diesem Raum (V_S) befindliche Luftmasse (m_A, m_E) be­ stimmt und aus diesen beiden Werten durch Differenzbildung die Luftmassenänderung (Δm_L) während des Ansaugintervalls (Δt(n)) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen (5) die wäh­ rend des Ansaugintervalls (Δt(n)) eines Zylinders ermit­ telte tatsächliche Luftmasse (m_tats) für die Kraftstoff­ zumessung eines anderen Zylinders zugrundegelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte tatsächliche Luftmasse (m_tats) erst für die Kraftstoffzumessung beim nächstfolgenden Arbeitsspiel zugrundegelegt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem in dem Ansaugleitungssy­ stem angeordneten Hitzdraht-Luftmassenmesser, welcher über eine Meßwertleitung mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, die in Abhängigkeit des ihr zugeführten Luftmassensignals eine Einrichtung zur Kraftstoffzumessung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ansaugsystem (6) zwischen dem Brennraum der Brennkraftmaschine (5) und dem Hitzdraht-Luftmassenmesser (16) ein den Druck und/oder die Temperatur in diesem Raum (V_S) erfassender Sensor (19, 21) vorgesehen ist, welcher jeweils über eine Meßwertleitung (20, 22) mit der elek­ tronischen Steuereinheit (18) in Verbindung steht.