DE4009922C2 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An
spruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine wird bekanntlich in erster Linie
über die Drosselklappe im Ansaugrohr gesteuert. Eine entscheidende Größe
bei der Optimierung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist dabei der
sich in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung sowie in Abhängigkeit von
weiteren Betriebsparametern ergebende Luftmassenstrom.
Dieser Luftmassenstrom kann mit Meßgeräten wie Heißfilm- oder Heizdraht-
Luftmassenstrommessern ermittelt werden. Je nach Art dieser Meßgeräte kön
nen sich bei normalem Betrieb des Motors infolge des Ventilbetriebs im An
saugrohr 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 be
einflußt, ist die Luftdichte, die vom jeweils herrschenden Luftdruck bzw. der je
weiligen Höhenlage abhängt. Die Luftdichte ist eine Größe, die normalerweise
als Variable nicht berücksichtigt zu werden braucht, das empfindliche An
sprechverhalten heutiger Regeleinrichtungen macht es jedoch erforderlich, die
se Größe insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn sich beträchtliche
Dichteunterschiede ergeben.
Aus der DE-Z "Erweiterte Anwendungsmöglichkeiten für thermischen Massen
strommesser", messen prüfen automatisieren, Dezember 1985, Seiten 668 bis
671, ist es bekannt, daß für den Verbrennungsvorgang in Brennkraftmaschinen
der Massenstrom der beteiligten Stoffe von zentralem Interesse ist. Dieser
Massenstrom kann mit einem Massenstrommesser direkt gemessen werden.
Nachdem in dem gemessenen Massenstrom die Dichte und die Strömungsge
schwindigkeit bereits enthalten sind, ist es hierbei nicht mehr notwendig, die
Temperatur und den Druck des Luftstromes zu berücksichtigen, wie es im Ge
gensatz dazu bei der Verwendung von Volumenstrommessern erforderlich ist.
Die Ermittlung eines Referenz-Luftmassenstromes in einem Versuchsbetrieb
bei idealen Betriebsbedingungen im Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine
und die Ermittlung eines Korrekturfaktors aus dem Vergleich aus den Werten
des Referenz-Luftmassenstromes und des normalen Luftmassenstromes ist
aus dieser Textstelle nicht bekannt.
Aus der US 4,594,987 ist es bekannt, daß ein gemessener Luftmassenstrom in
Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl mit Hilfe eines
Korrekturkennfeldes, welches abhängig von diesen genannten Betriebspara
metern aufgenommen wurde, korrigiert wird. Eine Beeinflussung der Motorre
gelung durch die tatsächlich auftretende Luftdichte ist aus diesem amerikani
schen Patent nicht bekannt.
Aus der DE 38 35 113 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Luftladung einer
Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Luftmassenmessers bekannt, bei
der die Luftladung im Zylinder unter atmosphärischen Bezugsbedingungen in
einem Kennfeld als Funktion des Drosselklappenöffnungsgrades und der Dreh
zahl gespeichert wird und bei dem der tatsächliche Atmosphärendruck aus dem
Verhältnis der gemessenen Luftmasse zu der gespeicherten Luftmasse be
stimmt wird. Hinweise auf einen Versuchsbetrieb zur Aufnahme eines Refe
renz-Luftmassenstromes bei idealen Betriebsbedingungen im Ansaugbereich
einer Brennkraftmaschine und der Vergleich dieses ermittelten Referenz-
Luftmassenstromes mit dem normalen Luftmassenstrom ist aus dieser
DE 38 35 113 A1 nicht bekannt.
Aus der DE 37 44 094 A1 ist es bekannt, bei einer Einrichtung zur Ermittlung
der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine gesaugten Luftmasse Kennfelder
zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mittels dem beim Betrieb einer
Brennkraftmaschine die tatsächliche Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms
berücksichtigt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran
sprüchen (Ansprüche 2-6, 8-10). Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie deren Weiterbildungen ergeben sich
aus den mit Rückbezug auf das Verfahren angegebenen Ansprüchen 7 bis 10.
Zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine ist es normalerweise er
forderlich, den Luftmassenstrom im Ansaugrohr zu ermitteln. Unter den übli
chen Betriebsbedingungen ist es dabei nicht erforderlich, die jeweils tatsächli
che 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 verglei
chen und daraus die tatsächliche Luftdichte zu berechnen. Hierzu wird unter
Normbedingungen, d. h. z. B. bei einer Temperatur von 20°C und einem Luft
druck von 1013 mbar der Luftmassenstrom einer Brennkraftmaschine des ver
wendeten Typs in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern wie der
Drosselklappenstellung, 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
führung 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
feld 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
Abhängigkeit 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-Kennfeld 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 Berechnung der
Drosselklappenstellung verwendet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luft
massenstromes einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs, da
durch gekennzeichnet, daß der bei normalen Betriebsbedingungen
auftretende Luftmassenstrom wie folgt ermittelt wird:
- a) In einem Versuchsbetrieb wird ein Referenz-Luftmassenstrom bei idealen Betriebsbedingungen im Ansaugbereich einer Brennkraft maschine des bestimmten Typs und der bei normalen Betriebs bedingungen auftretende Luftmassenstrom in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aufge nommen,
- b) durch Vergleich aus den Werten des Referenz-Luftmassenstromes und des normalen Luftmassenstromes wird in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern ein Korrekturfaktor ermittelt und in Form eines Kennfeldes gespeichert und
- c) bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine des bestimmten Typs wird der normale Luftmassenstrom ermittelt und mittels des Korrekturfaktors in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebs parametern korrigiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der
Betriebsparameter die Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer
der Betriebsparameter die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Betriebsparameter die relative Nockenstellung der Nocken
welle ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
zwei mögliche Nockenstellungen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide
Nockenstellungen im Versuchsbetrieb der Referenz-Luftmassenstrom, der
normale Luftmassenstrom und der bei Normbedingungen auftretende
Luftmassenstrom ermittelt und entsprechend jeweils in zwei Kennfelder
gespeichert werden.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Speicher (30), in dem der in einem
Versuchsbetrieb ermittelte Ansaug-Luftmassenstrom bei Normbedingun
gen in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern ermittelt in Form
eines Kennfeldes gespeichert ist, Geber (7, 16, 19) zur Ermittlung der be
stimmten Betriebsparameter, die mit dem Speicher (30) verbunden sind,
eine Einrichtung (6, 29) zur Ermittlung des sich unter normalen Betriebs
bedingungen einer Brennkraftmaschine ergebenden Luftmassenstrom,
und eine Recheneinheit (32) in der durch Vergleich der beiden Luft
massenströme bei den bestimmten Betriebsbedingungen die tatsächliche
Luftdichte ermittelt wird.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Umschalter
(31), der mit der Einrichtung (6, 29) zur Ermittlung der normalen Luft
massenstrom und dem Speicher (30) verbunden ist und der in Abhängig
keit von einem Kriterium auf den Speicher (30) umschaltet.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Ver
suchsanordnung zur Ermittlung des Korrekturfaktor-Kennfeldes, beste
hend aus
- a) einem Luftmassenstrommesser (26) zur Messung des normalen Luftmassenstroms und einem Luftmassenstrommesser (27) zur Messung eines beruhigten Referenz-Luftmassenstroms im Ansaug bereich einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs in Abhän gigkeit von bestimmten Betriebsparametern,
- b) einem Komparator (28), der in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsparametern aus den beiden gemessenen Luftmassenströ men einen Korrekturfaktor ermittelt, und
- c) einen Speicher (29) zur Speicherung des ermittelten Korrekturfaktors in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern in Form eines Kennfeldes.
10. Korrekturanordnung zur Ermittlung des korrigierten Luftmassenstroms
einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ei
nen Speicher (29) zur Speicherung des Mittels der Versuchsanordnung
ermittelten Korrekturfaktors in Form eines Kennfeldes und zur Ausgabe
des korrigierten Luftmassenstroms in Abhängigkeit von dem normalen
Luftmassenstrom und den bestimmten Betriebsparametern.
Priority Applications (1)
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DE19904009922 DE4009922C2 (de) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine |
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DE19904009922 DE4009922C2 (de) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der tatsächlichen Luftdichte des Ansaug-Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine |
Publications (2)
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DE4009922C2 true DE4009922C2 (de) | 2000-01-20 |
Family
ID=6403223
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