DE4009922A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung der tatsaechlichen luftdichte des ansaug-luftmassenstroms einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine wird bekanntlich in erster Linie über die Drosselklappe im Ansaugrohr ge­ steuert. Eine entscheidende Größe bei der Optimierung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist dabei der sich in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung sowie in Abhän­ gigkeit von weiteren Betriebsparametern ergebende Luftmas­ senstrom.

Dieser Luftmassenstrom kann mit Meßgeräten wie Heißfilm­ oder Heizdraht-Luftmassenstrommessern ermittelt werden. Je nach Art dieser Meßgeräte können sich bei normalem Betrieb des Motors infolge des Ventilbetriebs im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine Pulsationen und somit Meßfehler ergeben, da die Meßgeräte nur auf den Luftmassenstrom, nicht aber dessen Richtung ansprechen. Eine weitere physikalische Größe, die den Luftmassenstrom beeinflußt, ist die Luft­ dichte, die vom jeweils herrschenden Luftdruck bzw. der jeweiligen Höhenlage abhängt. Die Luftdichte ist eine Größe, die normalerweise als Variable nicht berücksichtigt zu werden braucht, das empfindliche Ansprechverhalten heu­ tiger Regeleinrichtungen macht es jedoch erforderlich, diese Größe insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn sich beträchtliche Dichteunterschiede ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dem beim Betrieb einer Brennkraftma­ schine die tatsächliche Luftdichte des Ansaug-Luftmassen­ stroms berücksichtigt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7. Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 8 bis 11.

Zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine ist es normalerweise erforderlich, den Luftmassenstrom im Ansaug­ rohr zu ermitteln. Unter den üblichen Betriebsbetriebsbe­ dingungen ist es dabei nicht erforderlich, die jeweils tatsächliche Luftdichte zu berücksichtigen, jedoch enthält der Luftmassenstrom die Luftdichte als Variable. Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, die tatsächliche Luftdichte während des Betriebs ständig durch Vergleich mit einer unter Normbedingungen ermittelten Luftdichte zu vergleichen und daraus die tatsächliche Luftdichte zu berechnen. Hierzu wird unter Normbedingungen, d. h. z. B. bei einer Temperatur von 20°C und einem Luftdruck von 1013 mbar der Luftmassenstrom einer Brennkraftmaschine des verwendeten Typs in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern wie der Drosselklappen­ stellung, der Motordrehzahl und ggf. der Stellung der Nocken der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle ermittelt und gespeichert. Durch Vergleich der beiden Luftmassen­ ströme, die sich zu den jeweils herrschenden Betriebs­ bedingungen, also bei bestimmten Betriebsparametern, ergeben, kann dann die korrigierte Luftdichte ermittelt werden, die dann z. B. beim Nachstartverhalten und bei der Drosselklappenstellung im Leerlaufbetrieb berücksichtigt werden kann.

Das unter Normbedingungen aufgenommene gespeicherte Meß­ kennfeld kann aber auch in vorteilhafter Weise zur Durch­ fühurng eines Notlaufbetriebs im Falle von Störungen bei der Entwicklung des Ansaug-Luftmassenstrom der Brenn­ kraftmaschine verwendet werden. Der Ansaugluftmassenstrom, der sich unter normalen Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von den Betriebsparametern ergibt, kommt insofern dem Luft­ massenstrom, der sich unter Normbedingungen, d. h. bei einem bestimmten Druck und bei einer bestimmten Temperatur ergibt, zumindest so nahe, daß mit den Luftmassenstrom bei Normbedingungen ein Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten werden kann. Da zur Ermittlung der tat­ sächlichen Luftdichte ein derartiges Luftmassenstromkenn­ teld bereits vorliegt, ist es nurmehr erforderlich, vom normalen Luftmassenstrom auf das gespeicherte Luftmassen­ stromkennfeld umzuschalten, wenn der normale Luftmassen­ strom Werte zeigt, die wenigstens ein Kriterium wie einen unteren Grenzwert überschreitet.

Der normale Luftmassenstrom, der mit Meßgeräten wie Heiß­ film- oder Heizdraht-Luftmassenmessern ermittelt werden kann, unterliegt durch den normalen Betrieb des Motors infolge des Ventilbetriebs im Ansaugrohr einer Brennkraft­ maschine Pulsationen und damit einem Meßfehler, da die Meßgeräte nur auf den Luftmassenstrom, nicht aber dessen Richtung ansprechen.

Bei der Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte sollte daher ein derartiger Meßfehler eliminiert werden.

Dies kann dadurch geschehen, daß zunächst der Luftmassen­ strom im Lufteintrittsbereich unter idealen Betriebsbe­ dingungen, die eine fehlerfreie Messung des Elements ermög­ lichen, ermittelt wird. Diese idealen Bedingungen können durch Beruhigung des eintretenden Luftmassenstrom mittels einer ein entsprechendes Volumen aufweisenden Kammer herge­ stellt werden. Auf diese Weise läßt sich ein Referenz-Luft­ massenstrom ermitteln.

Aus dem Normal-Luftmassenstrom und dem Referenz-Luftmassen­ strom kann ein Korrekturfaktor gebildet werden, der hin­ sichtlich der Pulsationen von der jeweiligen Höhenlage, also dem Luftdruck, im wesentlichen unabhängig ist.

Der Korrekturfaktor kann in einem Kennfeld gespeichert werden, daß dann dazu verwendet wird, den unter normalen Bedingungen auftretenden Luftmassenstrom zu korrigieren. Damit läßt sich die Genauigkeit der Ermittlung der tat­ sächlichen Luftdichte erheblich erhöhen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraft­ stoffeinspritzsystems eines 4-Zylinder- Motors und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer kombi­ nierten Versuchs- und Korrekturanordnung zur Durchführung des erfindunggemäßen Ver­ fahrens.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kraftstoffein­ spritzsystem ist jedem Zylinder des Motors 13 ein Ein­ spritzventil 21 bis 24 zugeordnet. Die Einspritzventile sind Teile eines Kraftstoffkreislaufs, der in an sich be­ kannter Weise aus einem Tank 1, einer elektrischen Kraft­ stoffpumpe 2, einem Kraftstoffilter 3 und einem Druckregler 8 besteht, von dem über eine Leitung 15 der überschüssige Kraftstoff in den Tank 1 zurückgefördert wird.

Die Verbrennungsluft für den Motor 13 strömt von einem nicht dargestellten Filter über einen Luftmassenmesser 6, eine Drosselklappe 5 und einen Ansaugkanal 9. In einem By­ pass zur Drosselklappe 5 befindet sich ein Stellglied 4 ei­ nes Leerlaufreglers.

Im Abgaskanal 14 des Motors 13 ist eine Sauerstoffmeßsonde 11 angeordnet, deren elektrisches Ausgangssignal in an sich bekannter Weise vom Sauerstoffanteil der Abgase abhängt. Die Temperatur des Motors 13 wird von einem Temperatursen­ sor 10 gemessen. Ferner sind am Motor 13 ein Drehzahlgeber 16, ein Kurbelwellenpositionsgeber 19 und ein Zündsignalge­ ber 20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die Ab­ gastemperatur.

Die Drosselklappenstellung wird von einem Geber 7 zusätz­ lich zu den Signalen der bereits aufgeführten Sensoren ei­ ner Motorsteuerelektronik 12 zugeführt, wobei außerdem von einem Schalter 18 ein die Leerlaufstellung kennzeichnendes Schaltsignal erzeugt wird.

Zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte während des Betriebs einer Brennkraftmaschine wird zunächst in einer Versuchsanordnung mit einer Brennkraftmaschine des selben Typs unter Normbedingungen, d. h. z. B. bei 20°C und einem Luftdruck von 1013 mbar, ein Luftmassenstromkennfeld in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern wie der Drosselklappenstellung P1, der Motordrehzahl n und der Stellung P3 der Nocken der Nockenwelle relativ zur Kur­ belwelle aufgenommen. Berücksichtigt man zwei mögliche Nockenstellungen, ergeben sich zwei Kennfelder. Diese Parameter werden von den Gebern 7, 16 und 19 aufgenommen und zusammen mit dem ermittelten Luftmassenstrom in einem Speicher 30 gespeichert. Vergleicht man nun die sich in Abhängigkweit von den Betriebsparametern P1 bis P3 erge­ benden gespeicherten Werte des Luftmassenstroms unter Normbedingungen mit denen, die sich unter normalen Bedin­ gungen ergeben, dann kann die tatsächliche bzw. korrigierte Luftdichte in einer Recheneinheit 32 durch Vergleich der jeweiligen Werte ermittelt werden.

Das im Speicher 30 gespeicherte Kennfeld kann gleichzeitig als Notlauf-Luftmassenstrom-Krennfeld verwendet werden. Wenn also der unter Normalbedingungen ermittelte Luft­ massenstrom z. B. wegen Ausfalls des entsprechenden Meß­ geräts nicht gemessen werden kann, spricht ein Umschalter 31 an und schaltet auf den Speicher 30 um, so daß dann der entsprechende Wert zur weiteren Regelung des Betriebs des Motors verwendet werden kann, der sich bei den zum Zeit­ punkt der Umschaltung herrschenden Betriebsparametern ergibt.

Der zuvor erwähnte Luftmassenstrom unter Normalbedingungen kann bereits hinsichtlich der im Ansaugbereich auftretenden Pulsationen korrigiert sein. Hierzu wird zunächst in einer Versuchsanordnung der normale Luftmassenstrom mittels eines Meßgeräts 26 und der sich unter idealen Bedingungen erge­ bende Luftmassenstrom mittels eines Meßgeräts 27 gemessen. Bei letzterem handelt es sich um einen beruhigten und damit von Pulsationen ungestörten Luftmassenstrom.

Beide Luftmassenströme werden in einem Komparator 28 in Abhängigkeit von Betriebsparametern P1 bis P3 (dem Drossel­ klappenwinkel α, der Motordrehzahl n und der Stellung S1 und S2 der Nocken der Nockenwelle) zu einem Korrekturfaktor verarbeitet, der dann in einem Speicher 29 als Korrektur­ faktor-Kennfeld gespeichert wird. Bei Berücksichtigung zweiter Nockenwellenstellungen werden entsprechend zwei Kennfelder gespeichert. Die jeweiligen Kennfelder werden selbstverständlich wiederum in Abhängigkeit von den Betriebsparametern P1 bis P3 gespeichert. Beim Normal­ betrieb einer Brennkraftmaschine wird eine Korrektur­ anordnung verwendet, die einen Speicher 29 enthält, wie er bei der Versuchsanordnung zur Anwendung gelangt. In diesem Speicher sind in Abhängigkeit von den Parametern P1 bis P3 im Versuch ermittelte Korrekturfaktor-Kennfelder gespei­ chert. Mittels des Meßgeräts 6, das den normalen Luftmas­ senstrom während des normalen Betriebs ermittelt, wird dann im Speicher 29, der eine entsprechende Recheneinheit ent­ hält bzw. mit einer solchen zusammenarbeitet, aus dem vom Meßgerät 6 ermittelten Luftmassenstrom der korrigierte Luftmassenstrom berechnet, der dann in der zuvor beschrie­ benen Weise zur Ermittlung der korrigierten Luftdichte in einer Recheneinheit 32 verarbeitet werden kann. Diese Luft­ dichte kann dann in einer Einheit 34 zur Berechnung der Einspritzzeit oder in einer Einheit 33 zur Berechnug der Drosselklappenstellung verwendet werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms einer Brenn­ kraftmaschine eines bestimmten Typs, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in einem Versuchsbetrieb der Ansaug-Luftmassen­ strom einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs bei Normbedingungen in Abhängigkeit von bestimmten Betriebs­ parametern ermittelt und in Form eines Kennfeldes gespei­ chert wird, daß der bei normalen Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs auftretende Luft­ massenstrom ermittelt, und daß durch Vergleich der beiden Luftmassenströme bei den bestimmten Betriebsbedingungen die tatsächliche Luftdichte ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei normalen Betriebsbedingungen auftretende Luft­ massenstrom wie folgt ermittelt wird:

• a) in einem Versuchsbetrieb wird ein Referenz-Luft­ massenstrom bei idealen Betriebsbedingungen im Ansaug­ bereich einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs und der bei normalen Betriebsbedingungen auftretende Luftmas­ senstrom in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aufgenommen,
• b) durch Vergleich aus den Werten des Referenz-Luft­ massenstroms und des normalen Luftmassenstroms wird in Ab­ hängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern ein Korrekturfaktor ermittelt und in Form eines Kennfeldes gespeichert, und
• c) bei normalem Betrieb einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs wird der normale Luftmassenstrom ermittelt und mittels des Korrekturfaktors in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern korrigiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Betriebsparameter die Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Betriebsparameter die Motordrehzahl der Brenn­ kraftmaschine ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Betriebsparameter die relative Nockenstellung der Nockenwelle ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch zwei mögliche Nockenstellungen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Nockenstellungen im Versuchsbetrieb der Referenz- Luftmassenstrom, der normale Luftmassenstrom und der bei Normbedingungen auftretende Luftmassenstrom ermittelt und entsprechend jeweils zwei Kennfelder gespeichert werden.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch durch einen Speicher (30), in dem der in einem Versuchs­ betrieb ermittelte Ansaug-Luftmassenstrom bei Normbe­ dingungen in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern ermittelt in Form eines Kennfeldes gespeichert ist, Geber (7, 16, 19) zur Ermittlung der bestimmten Betriebspara­ meter, die mit den Speicher (30) verbunden sind, eine Einrichtung (6, 29) zur Ermittlung des sich unter normalen Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine ergebenden Luftmassenstrom, und eine Recheneinheit (32), in der durch Vergleich der beiden Luftmassenströme bei den bestimmten Betriebsbedingungen die tatsächliche Luftdichte ermittelt wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Umschalter (31), der mit der Einrichtung (6, 29) zur Ermittlung der normalen Luftmassenstrom und dem Speicher (30) verbunden ist und der in Abhängigkeit von einem Kri­ terium auf den Speicher (30) umschaltet.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Versuchsanordnung zur Ermittlung des Korrekturfaktor- Kennfeldes, bestehend aus

• a) einem Luftmassenstrommesser (26) zur Messung des normalen Luftmassenstroms und einem Luftmassenstrommesser (27) zur Messung eines beruhigten ReferenzLuftmassenstroms im Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs in Abhängigkeit von bestimmten Petriebsparametern,
• b) einem Komparator (28), der in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern aus den beiden gemessenen Luftmassenströmen einen Korrekturfaktor ermittelt, und
• c) einem Speicher (29) zur Speicherung des ermittel­ ten Korrekturfaktors in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern in Form eines Kennfeldes.

11. Korrekturanordnung zur Ermittlung des korri­ gierten Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Speicher (29) zur Speicherung des mittels der Ver­ suchsanordnung ermittelten Korrekturfaktors in Form eines Kennfeldes und zur Ausgabe des korrigierten Luftmassen­ stroms in Abhängigkeit von dem normalen Luftmassenstrom und den bestimmten Betriebsparametern.