DE3939548A1

DE3939548A1 - Elektronisches steuersystem fuer die kraftstoffzumessung bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3939548A1
Application number: DE3939548A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Schnaibel; Rudi Mayer; Dieter Schuler; Thomas Dr Goelzer; Bernhard Ebinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-06-06
Also published as: US5243948A; JPH05501595A; EP0502849B1; ES2062556T3; JP2877953B2; WO1991008390A1; KR920703981A; EP0502849A1; DE59006920D1; KR0151702B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine mit sensoren für Last, Drehzahl und Temperatur, Mitteln zur Bestimmung eines Grund einspritzmengensignals sowie eines Übergangskompensationssignals zur Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleunigungs- und Verzögerungsfall nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bekannt ist aus der DE-OS 30 42 246 bzw. der entsprechenden US-PS 44 40 136 ein Kraftstoffzumeßsystem, bei dem zur Beschleu nigungsanreicherung ein Anreicherungsfaktor nach einer bestimmten Formel gebildet wird und die Einzelkomponenten der Formel last- und drehzahlabhängig aus Speichern abrufbar sind. Der Anreicherungs faktor ergibt sich nach FM = 1+FM 1×FM 2. Dabei sind FM 1 drehzahl- und lastabhängig und FM 2 temperaturabhängig.

Aus DE-OS 36 23 041 bzw. der entsprechenden US-Patentanmeldung SN 1 69 274 ist ein Verfahren zur Kraftstoffzumessung im Beschleuni gungsfall bekannt, das die zeitliche Beziehung zwischen dem Auf treten des Beschleunigungswunschsignals und den Einlaßventilzeiten berücksichtigt, damit die erforderliche Mehrmenge an Kraftstoff zur Realisierung des Beschleunigungswunsches möglichst zeitoptimal zugemessen werden kann. Dazu ist u. a. vorgesehen, die berechnete Mehrmenge an Kraftstoff auf mehrere aufeinanderfolgende Zumeß vorgänge zu verteilen bzw. sogenannte Zwischenspritzer vorzusehen.

Das physikalische Problem bei der Beschleunigungsanreicherung ist, die erforderliche Mehrmenge in den Brennräumen der Brennkraft maschine selbst zur Verfügung zu stellen. Dies gestaltet sich vor allem bei niedrigen Temperaturen schwierig, weil dann ein Teil der in das Saugrohr zugemessenen Kraftstoffmenge an den Wänden des Saug rohrs kondensiert, und somit letzlich dem eigentlichen Verbrennungs prozeß nicht sofort zur Verfügung steht. Der sich an der Innenwand des Saugrohrs niederschlagende Kraftstoff bildet einen sogenannten Kraftstoffwandfilm. Er ist neben den konstruktiven Gegebenheiten vor allem temperatur-, drehzahl- und lastabhängig. Da der Auf- und Abbau des Kraftstoffwandfilms bei nicht stationärer Betriebszuständen der Brennkraftmaschine nur sehr schwierig beherrschbar ist, sind in der Literatur bereits unterschiedliche Ansätze für die Beschreibung des Wandfilms bekannt geworden. Eine grundlegende Arbeit hierzu findet sich im SAE-Paper 8 10 494 "Transient A/F Control Caracteristics of the 5 Liter Central Fuel Injection Engine" von CF Aquino.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraft maschine zu schaffen, bei dem bei Beschleunigungs- und Verzögerungs vorgängen ein bezüglich Abgas optimales Übergangsverhalten erzielt wird.

Vorteile in der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuersystem für die Kraftstoffzumessung kenn zeichnet sich durch ein gutes Abgasverhalten im Übergangsbetrieb aus, indem betriebskenngrößenabhängig ein Übergangskompensations signal zur Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleu nigungs- und Verzögerungsfall unter Einbeziehung eines Wandfilm mengendifferenzsignals sowie eines Absteuerfaktorsignals verarbeitet wird.

Weitere Vorteile in der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung naher beschrieben und erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein grobes Übersichts schaubild eines elektronischen Steuersystems für die Kraftstoff zumessung bei einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 in Blockdarstellung die wesentlichsten Elemente eines elektronischen Steuersystems für die Kraftstoffzumessung in Verbindung mit der Bereitstellung eines Übergangskompensationssignals, Fig. 3 ein Flußdiagramm einer ersten Möglichkeit zur Bildung eines Übergangskompensationssignals, Fig. 4a ein Zeitdiagramm dieser Realisierung, Fig. 4b ein Zeitdiagramm zur Darstellung einer weiteren Möglichkeit der Bildung eines Über gangskompensationssignals und schließlich Fig. 5 eine Fluß diagramm-Darstellung zur Realisierung dieser zweiten Möglichkeit der Bildung eines Übergangskompensationssignals.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer groben Übersicht eine Brennkraftmaschine mit ihren wesentlichsten Sensoren, einem Steuergerät und einem Ein spritzventil. Die Brennkraftmaschine ist dabei mit 10 bezeichnet. Sie besitzt ein Luftansaugrohr 11 sowie eine Abgasleitung 12. Im Luftansaugrohr 11 befindet sich eine Drosselklappe 13, ggf. ein Luftmengen- bzw. Luftmassenmesser 14 sowie ein Einspritzventil 15 zur Zumessung der erforderlichen Kraftstoffmenge in den zur Brenn kraftmaschine 10 strömenden Luftstrom. Ein Drehzahlsensor ist mit 16 bezeichnet, ein Temperatursensor mit 17. Ein Lastsignal von einem Drosselklappensensor 18 und/oder vom Luftmengen- bzw. Luftmassen sensor 14 gelangt zusammen mit den Signalen der übrigen Sensoren zu einem Steuergerät 20, das ein Ansteuersignal für das wenigstens eine Einspritzventil 15 sowie ggf. ein Zündsignal sowie weitere für die Brennkraftmaschinensteuerung wesentliche Ansteuersignale erzeugt.

Die in Fig. 1 dargestellte Grundstruktur eines Kraftstoffzumeß systems für eine Brennkraftmaschine ist bekannt. Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der Bereitstellung eines Übergangs kompensationssignals für den Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsfall mit dem Ziel eines möglichst optimalen Übergangsverhaltens der Brennkraftmaschine bzw. des damit ausgestatteten Fahrzeugs bei gleichzeitig möglichst sauberem Abgas.

Eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen elektronischen Steuer systems für die Kraftstoffzumessung findet sich in Fig. 2. Dort sind bereits aus Fig. 1 bekannte Elemente mit den bereits genannten Bezugszeichen versehen.

Mit 25 ist ein Grundkennfeld zur Abgabe eines Grundeinspritz signales tlk bezeichnet. Ein Absteuerfaktorkennfeld zur Abgabe eines Absteuerfaktorsignals Tk trägt das Bezugszeichen 26 und mit 27 ist ein Wandfilmmengenkennfeld zur Abgabe eines entsprechenden Wand filmmengensignals Wk bezeichnet. Alle drei Kennfelder 25, 26 und 27 erhalten eingangsseitig Signale vom Lastsensor 17 und Drehzahl sensor 15. Dem Wandfilmmengenkennfeld 27 folgt ein Differenz bildungsmittel zur Darstellung eines Differenzsignals ΔWn = Wk-Wk-1 zwischen aufeinanderfolgenden Wandfilmmengenwerten.

Ein Block 30 gibt ein Signal ab, welches das Ende eines Schiebe- bzw. Schubbetriebes markiert. Ein nachfolgender Block 31 erzeugt ein Korrektursignal TUKSAS abhängig von der vorangegangenen Dauer einer Schubbetriebsphase. Eine Additionsstelle 32 verbindet im folgenden die Ausgangssignale der beiden Blöcke 29 und 31. Es folgt eine Multiplizierstelle 33, in der das Ausgangssignal der Additions stelle 32 mit einem temperaturabhängigen Signal aus einem wiederum mit dem Temperatursensor 16 in Verbindung stehenden Block 34 multi plikativ verknüpft wird. Das Ergebnis ist dann ein temperatur- und betriebsdauerabhängig korrigiertes Wandfilmänderungssignal ΔWn.

In einem nachfolgenden Block 29 wird zum momentanen Änderungs signal ΔWn der noch nicht eingespritzte Rest aller vorhergehenden Differenzbildungen SUM ΔWk-1 hinzuaddiert, mit dem Ergebnis, daß ausgangsseitig des Blocks 29 ein Signal SUM ΔWk = Wk-Wk-1+SUMΔ Wk-1 zur Verfügung steht. Dieses Signal wird in einer Multipli kationsstelle 36 mit dem Signal Tk vom Absteuerfaktorkennfeld 26 verknüpft. Ausgangsseitig der Multiplikationsstelle 36 steht dann das Übergangskompensationssignal UKk zur Verfügung. Dieses Signal wird nachfolgend in einer Additionsstelle 37 mit dem Ausgangs signal tlk des Grundkennfeldes 25 verknüpft und anschließend in einem Block 38 ggf. noch lambdaabhängig und temperaturabhängig korrigiert. Das Ausgangssignal des Korrekturblocks 38 steht dann als Gesamteinspritzsignal ti letztlich dem Einspritzventil 14 zur Verfügung.

Zu erwähnen ist noch ein Differenzbildungselement 39, das sowohl das Signal auf der Leitung 35, als auch das Ausgangssignal der Multipli kationsstelle 36 empfängt und das im Block 29 einen Berechnungs schritt später zu verarbeitende zweite Signal bildet.

Erläutert wird der Gegenstand von Fig. 2 zweckmäßigerweise anhand eines in Fig. 3 dargestellten Flußdiagrammes. Dabei können die einzelnen Berechnungsschritte sowohl im Zeitraster, als auch im Winkelraster (z. B. bezogen auf die Kurbelwelle) ablaufen.

In Fig. 3 ist der Startpunkt mit 40 bezeichnet. Es folgt in Block 41 das Einlesen eines Lastwertes αk sowie eines Drehzahl wertes nk. Dabei verdeutlicht der Buchstabe k die zum Zeitpunkt tk zur Verfügung stehenden Werte der einzelnen Größen. Mit k-1 werden die entsprechenden Werte jeweils zum vorangegangenen Abtastzeitpunkt bezeichnet.

Block 41 schließt sich ein Block 42 an, in dem aus den von Fig. 2 bekannten Kennfeldern 25, 26 und 27 jeweils ein Wert für das Grund zumeßsignal tlk, für die Wandfilmkraftstoffmenge Wk sowie ein Absteuerfaktor Tk ausgelesen bzw. bereits als Interpolationswerte zur Verfügung gestellt werden.

Es folgt in Block 43 entsprechend Block 28 von Fig. 2 eine Differenzbildung zwischen den einzelnen Wandfilmkraftstoffmengen werten zu aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten. In Block 44 findet eine Korrektur abhängig von Temperatur sowie der Schubdauer statt. Zu diesem in Block 44 gebildeten Wert ΔWn wird im näch folgenden Block 45 zur aktuellen Wandfilmdifferenz ΔWn der noch nicht eingespritzte Rest der vorangehenden Differenz SUM ΔWk-1 hin zuaddiert. Der nachfolgende Block 46 entspricht der Multiplikations stelle 36 von Fig. 2. In ihm wird der Wert des momentan geltenden Übergangskompensationssignals UKk ermittelt. Es folgt in Block 47 die aus der Differenzbildungsstelle 39 von Fig. 2 bekannte Berechnung eines Änderungsbetrags von SUM ΔWk für den nächsten Berechnungsschritt in Block 45. Schließlich wird in Block 48 das Ausgangssignal entsprechend der Additionsstelle 37 von Fig. 2 gebildet, dem im nachfolgenden Block 49 weitere Korrekturen folgen können. Im Anschluß daran wird ein Signal bezüglich der gesamten Einspritzdauer ti gesamt ausgegeben und der Programmdurchlauf endet mit dem Programmschritt Stop (50).

Die Gegenstände von Fig. 2 und Fig. 3 offenbaren somit ein last- und drehzahlabhängiges Auslesen eines Wandfilmkraftstoffmengen signals aus einem entsprechenden Kennfeld 27 bzw. 42 zu einem Abtastzeitpunkt tk. Dieser Wandfilmkraftstoffmengenwert wird in jedem Abtastzeitpunkt last- und drehzahlabhängig neu bestimmt und daraus eine Differenz ermittelt. Es folgt im Anschluß daran mit Block 29 bzw. 44 eine Berücksichtigung der Rest-Werte früherer Wandfilmdifferenzen. Je nach Dauer des vorangegangenen Schubbetriebs bzw. der jeweils herrschenden Temperatur werden dann Korrekturterme gebildet, die letztlich ein Wandfilmkraftstoffmengensignal SUM ΔWk auf der Leitung 35 bzw. im Block 47 ergeben. Zu diesem Wert wird für die Bildung eines momentanen geltenden Übergangskompensationssignals UKk ein Absteuerfaktorsignal Tk aus dem Absteuerfaktorkennfeld 26 bzw. 42 multiplikativ berücksichtigt und dieses Übergangskompen sationssignal UKk zum Grundeinspritzmengensignal tlk aus dem Grund kennfeld 25 addiert.

Mit diesem Signal wird somit fortlaufend der jeweils geltende Wand filmmengenwert ermittelt und Änderungen bei der Bildung als Über gangskompensationssignals berücksichtigt.

Fig. 4a zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Übergangskompen sation (UK), wie er sich aus der in Fig. 2) und 3) beschriebenen Funktion ergibt. Ein Beschleunigungswunsch soll zum Zeitpunkt to auftreten. Der zeitliche Verlauf der Übergangskompensation wird durch den drosselklappen- und drehzahlabhängigen Absteuerfaktor T bestimmt.

Fig. 4b zeigt einen typischen Verlauf bei einer geänderten Reali sierung der Übergangskompensation. Sofort nach der Berechnung der notwendigen Übergangskompensation wird ein sogenannter Zwischen spritzer ausgelöst, welcher asynchron zur normalen Einspritzung eine Kraftstoffmehrmenge bereitstellt. Die restliche benötigte Mehrmenge wird auf zwei Speicher aufgeteilt. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt die exponentielle Absteuerung dieser Speicher, wobei ein Speicher schnell, der andere langsam abgesteuert wird. Ab dem Zeitpunkt t₂ wirkt nur noch die langsame Absteuerung. Der Verlauf aus Fig. 4b ermöglicht einen Verzicht auf die Berechnung des Absteuerfaktors aus einem Kennfeld. Stattdessen wird das Kennfeld durch 2 Absteuer faktoren ersetzt, welche aus 2 applizierbaren Konstanten abgeleitet werden. Um bei unterschiedlichen Drehzahlen-/Lastpunkten die Auf teilung auf schnellen und langsamen Speicher variabel zu gestalten, kann der Aufteilfaktor auch durch ein Kennfeld über Drehzahl und Last beschrieben werden.

Eine Realisierungsmöglichkeit für den Signalverlauf von Fig. 4b zeigt Fig. 5. Dabei sind Blöcke, die denen von Fig. 3 entsprechen, auch mit den entsprechenden Bezugsziffern versehen. Erkennbar wird, daß in Block 22 die Bildung eines Absteuerfaktorsignals aus einem Kennfeld unterbleibt und dieser Faktor im weiteren Verlauf speziell gebildet wird.

Im Anschluß an den aus Fig. 3 bekannten Block 43 bezüglich der Bildung eines aktuellen Wandfilmdifferenzsignals ΔWn wird dieses Differenzsignal auf eine Schwelle hin abgefragt.

Diese Abfrage ist mit 55 markiert. Wird die Schwelle nicht erreicht, erfolgt in einem Block 56 eine Berechnung von Änderungswerten nach den Formeln

SUMΔWk_L = ΔWn · A_L + SUMΔWk-1_L
SUMΔWk_S = ΔWn · A_S + SUMΔWk-1_S

mit A_L + A_S = 1

Wird in Block 55 auf ein Änderungssignal größer als ein bestimmter Schwellwert erkannt, dann ergibt sich eine Berechnung in Block 57 nach den folgenden angegebenen Formeln

SUMΔWk_L = ΔWn · A_L + SUMΔWk-1_L
SUMΔWk_S = ΔWn · A_S + SUMΔWk-1_S
SUMΔWk_Z = ΔWn · A_Z

mit A_L + A_S + A_Z = 1

A_L, A_S und A_Z sind applizierbare Faktoren, welche die gesamte neu hinzugekommene Wandfilmdifferenz ΔWn auf die drei Speicher Lang zeit-, Kurzzeit- und Zwischenspritzerspeicher aufteilt.

Daran schließt sich ein Block 58 zur Bildung eines Zwischenspritzer signals an (UKK_Z = SUM ΔWkZ). Wird im folgenden in einer Abfrage einheit 59 eine positive Änderung des Drosselklappensignals erkannt, erfolgt in Block 60 die Ausgabe eines Zwischenspritzers (UKK_Z). Nach Ausgabe dieses Zwischenspritzers wird das entsprechende Zwischenspritzersignal UKK_Z in Block 61 auf Null gesetzt. Eine programmäßige Vereinigungsstelle 62 verbindet die Ausgänge der beiden Blöcke 56 und 61 sowie der Abfrageeinheit 59 bezüglich des Ausgangs "Änderung der Drosselklappenposition negativ".

Für alle Zweige gemeinsam wird in Block 46′ die Berechnung der langsamen Absteuerung (T_L) und der schnellen Absteuerung (T_S) durchgeführt. Daran schließt sich ein Block 65 an, der die Über gangskompensationssignale UKK_L bzw. UKK_S auf applizierbare Maximalwerte max. UK_S und max. UK_L begrenzt. Entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 3 folgt ein Block 47, an den sich wiederum ein Block 66 zur Bildung eines Gesamteinspritzzeitsignals anschließt.

Im Hinblick darauf, daß je nach Übergangskompensationssignal das Gesamteinspritzsignal tik auch negative Werte annehmen kann, folgt eine Abfrage 67 auf eine Schwelle größer oder kleiner 0. Ist das Gesamteinspritzsignal kleiner 0, dann wird die Einspritzzeit in einem Block 68 auf 0 begrenzt und gleichzeitig der negative Rest bei der nächsten Einspritzung berücksichtigt.

Ist der in Block 66 gebildete Wert größer 0, so kann das gesamte Einspritzsignal zugemessen werden, ohne daß bei der folgenden Einspritzung ein bestimmter Restwert zu berücksichtigen ist. Dies findet in Block 70 seinen Niederschlag. Letztlich werden in Block 49 weitere Korrekturen vorgenommen und das resultierende Einspritz mengensignal ti gesamt ausgegeben.

Wesentlich am Gegenstand von Fig. 4b ist die Tatsache, daß Wand filmmengenänderungen in den Blöcken 56 und 57 mit Werten A_L, A_S bzw. zusätzlich A_Z gewichtet werden mit dem Ziel einer Abregelung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten entsprechend der Darstellung von Fig. 4a.

Claims

1. Elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine mit Sensoren für Last (α, p, QL), Drehzahl und Temperatur, Mitteln zur Bestimmung eines Grundeinspritzmengensignals sowie eines additiven Übergangskompensationssignals zur Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleunigungs- und Verzöge rungsfall, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von Last und Dreh zahl zur Übergangskompensation ein Wandfilmmengenänderungssignal (SUM ΔWk) in Form einer Bilanz der Änderungen des betriebspunkt abhängigen Wandfilmmengensignals sowie der bereits abgespritzten Teilmengen, und ein Absteuerfaktorsignal (Tk) gebildet wird und das Übergangskompensationssignal (UKk) abhängig ist vom Wandfilmmengen änderungssignal (SUM ΔWk) und vom Absteuerfaktorsignal (Tk).

2. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sich das Übergangskompensationssignal (UKK) aus einer Multiplikation von Wandfilmmengenänderungssignal (SUM ΔWk) und Absteuerfaktor (Tk) ergibt.

3. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wandfilmmengenänderungssignal entsprechend der Formel (SUM ΔWk = Wk-Wk-1+SUM Wk-1)gebildet wird, mit Wk = f(Lastk, nk) .

4. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß (SUM ΔWk) abhängig von Temperatur (ϑ) und Schub dauer korrigierbar ist.

5. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Absteuerfaktorsignal (Tk) abhängig ist von Last und Drehzahl (Tk = f (Lastk, nk)).

6. Elektronisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das nachfolgende Kraftstoffzumeß signal bei der Bestimmung des Übergangskompensationssignals der bereits zugemessene Anteil berücksichtigt wird entsprechend der Formel SUM ΔWk-1 = SUM ΔWk-UKk .

7. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Absteuerfaktorsignal (Tk) abhängig ist vom Vorzeichen der Laständerung.

8. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandfilmmengendifferenzsignal (SUM ΔWk) in jedem Schritt auf zwei Speicher aufgeteilt wird und ein Speicher schnell (mit Ts), der andere Speicher langsam (mit Tl) abgesteuert wird.

9. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 1, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandfilmmengendifferenzsignal (SUM ΔWk) in jedem Schritt auf drei Speicher aufgeteilt wird und ein Speicher immer vollständig in einem Schritt geleert wird (Zwischenspritzer speicher) und die zwei anderen schnell (mit Ts) und langsam (mit Tl) abgesteuert werden.

10. Elektronisches Steuersystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faktoren für die Aufteilung des Wandfilm mengenänderungssignals (SUM ΔWk) auf die verschiedenen Speicher nicht konstant, sondern in Form eines Kennfelds über Drehzahl und Last vorgegeben werden.

11. Elektronisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangskompensationssignal (UKk) begrenzbar ist.

12. Elektronisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer berechneten Einspritzzeit kleiner Null beim nächsten Zumeßzeitpunkt kein Kraftstoff zugemessen wird und beim folgenden Zumeßvorgang der (negative) Restbetrag berücksichtigt wird.