DE4018775C2

DE4018775C2 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Last von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4018775C2
Application number: DE19904018775
Authority: DE
Inventors: Reiner Weingaertern; Stefan Muehlberger; Andreas Stolz
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2010-06-13
Also published as: DE4018775A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs 1. Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 40 09 922 A1 bekannt, die eine ältere Anmeldung betrifft (vergl. auch die ausgegebene Patentschrift DE 40 09 922 C2).

Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine ist eine der wesentlichen Betriebs größen, die zur Optimierung der Motorbetriebs, z. B. des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses in Abhängigkeit von den Abgaskanal einer Sauerstoffmeßsonde ermittelten Werten, dienen. Es ist bekannt, bei der Ermittlung der Last die Ein spritzzeit oder den Luftvolumenstrom in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zugrunde zulegen. Dies hat aber den Nachteil, daß sich z. B. in Abhängigkeit von des Kennlinien der verwendeten Ventile unterschiedliche Lastwerte erge ben. Damit wird aber ein Vergleich von im übrigen gleichen Motoren erschwert, was z. B. bei Wartungsarbeiten, aber auch bei Entwicklungsarbeiten ungünstig sein kann, da Vergleiche bestimmter Betriebsgrößen nur durch entsprechende Umrechnung möglich sind.

Die Motorleistung einer Brennkraftmaschine wird bekanntlich in erster Linie über die Drosselklappe im Aussaugrohr gesteuert. Eine entscheidende Größe bei der Optimierung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist dabei der sich in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung sowie in Abhängigkeit weiterer Betriebsparameter ergebende Luftmassenstrom.

Dieser Luftmassenstrom kann mit Meßgeräten wie Heißfilm- oder Heißdraht- Luftmassenstrommessern ermittelt werden. Je nach Art dieser Meßgeräte er geben sich aber durch den normalen Betrieb des Motors infolge des Ventilbe triebs im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine Pulsationen und somit Meß fehler, da die Meßgeräte nur auf den Luftmassenstrom, nicht aber dessen Richtung ansprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung der Last einer Brenn kraftmaschine von konstruktiven Maßnahmen und bestimmten Betriebspara metern unabhängig zu machen, so daß über eine stets eindeutige Größe ver fügt werden kann, die auch auf den einzelnen Zylinder ausgerichtet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Eine Schal tungsanordnung zur Ermittlung der Last einer Brennkraftmaschine nach dem Verfahren nach Anspruch 1 ergibt sich aus Anspruch 7.

Das Vorfeld der Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, daß sich die bei der Messung des Luftmassenstroms durch Pulsationen im Lufteintrittsbereich ergebenden Fehler, die sich auf die Ermittlung der Last auswirken, meßtechnisch korrigier bar sind, da es für Brennkraftmaschinen eines bestimmten Typs möglich ist, im Ansaugbereich ideale Betriebsbedingungen zu schaffen, die eine fehlerfreie Messung des Luftmassenstroms ermöglichen. Diese idealen Bedingungen können durch Beruhigung des eintretenden Luftmassenstroms mittels einer ein entsprechend großes Volumen aufweisenden Kammer hergestellt werden. Auf diese Weise läßt sich ein Referenz-Luftmassen-Strom ermitteln.

Aus dem Normal-Luftmassenstrom und dem Referenz-Luftmassen-Strom kann ein Korrekturfaktor gebildet werden, der von der jeweiligen Höhenlage, also dem Luftdruck, im wesentlichen unabhängig ist, da es sich gezeigt hat, daß die Auswirkungen der Pulsationen auf den Luftmassenstrom von der Höhenlage bzw. dem Luftdruck im wesentlichen unabhängig sind.

Der Korrekturfaktor kann in einem Kennfeld gespeichert werden, das dann dazu verwendet wird, beim normalen Betrieb einer Brennkraftmaschine des be stimmten Typs, der im Versuchsbetrieb verwendet wurde, den unter normalen Bedingungen auftretenden Luftmassenstrom zu korrigieren. Selbstverständlich ist es erforderlich, bei allen Verfahrensschritten (siehe schon a) bis c) von Anspruch 1) bestimmte Betriebsparameter wie die Drosselklappenstellung, die Motordrehzahl und ggf. die Nockenstellung der Nockenwelle zu berücksichtigen. Üblicherweise gelangen nur zwei Nocken stellungen zur Anwendung, so daß entsprechend zwei Kennfelder aufgestellt werden müssen.

Mit der Verfügbarkeit über ein Korrektur-Kennfeld des Luftmassenstroms im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine ist es möglich, eine eindeutige Ermitt lung der Last, d. h. des auf Normbedingungen bezogenen Luftaufwands durch zuführen.

Aus dem korrigierten Luftmassenstrom kann dann erfindungsgemäß (vergl. d) und e) von Anspruch 1) die tatsächliche Luftmasse pro Zylinder und daraus die Last ermittelt werden, wobei die theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder unter Normbedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 20°C und einem Druck von 1013 mbar, zugrunde gelegt wird.

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

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

Fig. 2 eine schematische Darstellung seiner kombi nierten Versuchsanordnung und einer in einem Fahrzeug befindlichen Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen 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 Zündsignalgeber 20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die Abgastemperatur.

Im Abgaskanal 14 des Motors 13 ist die bereits genannte 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 Zündsignalgeber 20 vorgesehen. Ein Temperatursensor 25 mißt die Abgastemperatur.

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 des tatsächlichen, d. h. von Pulsationen im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine unbeeinflußten Luft massenstroms wird in einem Versuchsbetrieb der normale Luftmassenstrom unter normalen Betriebsbedingungen mit einem Meßgerät 26 und ein Referenz-Luftmassenstrom, d. h. ein beruhigter und damit von Pulsationen ungestörter Luft massenstrom mittels eines Meßgeräts 27 gemessen. Die sich ergebenden elektrischen Signale werden einem Komparator 28 zugeführt, der in Abhängigkeit von bestimmten Betriebspara metern P1 bis F3 einen Korrekturfaktor erzeugt. Der Para meter P1 ist dabei der Winkel α der Drosselklappe, der Parameter P2 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine und P3 die Stellung S1 bzw. S2 der Nocken der Nockenwelle. Damit ergibt sich ein Korrekturfaktor K1 = f(α, n, S1) und ein Korrekturfaktor K2 = f(α, n, S2) für die beiden Nockenwellenstellungen. Dieser Korrekturfaktor in Form eines elektrischen Signals wird einem Speicher 29 zugeführt, in dem zwei Korrekturfaktor-Kennfelder wiederum in Abhängig keit von den Parametern P1 bis P3 aufgenommen wird.

Damit stehen im Speicher 29 diejenigen Daten zur Verfügung, die erforderlich sind, bei einer Brennkraftmaschine des Typs, der im Versuchsbetrieb verwendet wurde, unter Zugrun delegung des korrigierten Luftmassenstroms die Last zu er mitteln. Dazu dient eine in einem Fahrzeug montierte Schal tungsanordnung, die einen Speicher wie den Speicher 29 der Versuchsanordnung der Fig. 2 enthält. Außerdem ist ein Meß gerät 6 zur Messung des Luftmassenstroms bei normalem Betrieb mit dem Speicher 29 verbunden, der in Abhängigkeit von Parametern P1 bis P3, die den Drosselklappenwinkel α, die Drehzahl n und zwei mögliche Nockenstellungen S1 und S2 umfassen, den korrigierten Luftmassenstrom ausgibt, aus dem in einer Recheneinheit 30 die Last, d. h. der auf Normbedin gungen bezogenen Luftaufwand ermittelt wird. Hierzu erhält die Recheneinheit 30 als weitere Eingangsgrößen die Motor drehzahl als Parameter P2, das Zylindervolumen V, die Zy linderanzahl N_Z und die unter Normbedingungen theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder LM_N, woraus die Last als tatsächliche Luftmasse pro Zylinder bezogen auf die unter Normbedingungen theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder errechnet wird.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Last von Brennkraftmaschinen eines be stimmten Typs, wobei

a) in eines Versuchsbetrieb ein Referenz-Luftmassen-Strom entspre chend idealen Betriebsbedingungen im Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern ermittelt werden,
b) durch Vergleich aus den Werten des Referenz-Luftmassen-Stroms und des normalen Luftmassenstroms in Abhängigkeit von den be stimmten Betriebsparametern ein Korrekturfaktor ermittelt und in Form eines Kennfeldes gespeichert wird,
c) bei normalem Betrieb einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs der normale Luftmassenstrom ermittelt und mittels des Kor rekturfaktors in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebspara metern korrigiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) bei normalem Betrieb einer Brennkraftmaschine des bestimmten Typs aus dem korrigierten Luftmassenstrom die tatsächliche Luft masse pro Zylinder ermittelt wird, und
b) aus der tatsächlichen Luftmasse pro Zylinder die Motorlast als Verhältnis der tatsächlichen Luftmasse pro Zylinder zur theore tisch möglichen Luftmasse pro Zylinder unter Normbedingungen ermittelt wird.

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 gekennzeich net, daß einer der Betriebsparameter die relative Nockenstellung zur Nockenwelle ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei mögliche Nockenstellungen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der beiden Nockenstellungen im Versuchsbetrieb der Referenz-Luft massenstrom und der normale Luftmassenstrom ermittelt und entspre chend zwei Kennfelder gespeichert werden.

7. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Last einer Brennkraftmaschine nach dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher (29) zur Speicherung des mittels der Versuchsanordnung er mittelten Korrekturfaktors in Form eines Kennfeldes und zur Ausgabe des korrigierten Luftmassenstroms in Abhängigkeit von dem normalen Luftmassenstrom und den bestimmten Betriebsparametern, und eine Recheneinheit (30), die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, dem Volumen eines Zylinders und der Anzahl der Zylinder die Last als tat sächlich Luftmasse pro Zylinder bezogen auf die theoretisch mögliche Luftmasse pro Zylinder unter Normbedingungen errechnet.