DE4034473A1 - Kraftstoffzumesssystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist aus der DE-A-31 20 667 ein System, bei dem sich das Kraftstoffzumeß­ signal aus zwei Komponenten zusammensetzt. Diese beiden Komponenten orientieren sich an den getrennten Luftflüssen über die Drossel­ klappe sowie durch den Bypasskanal zur Drosselklappe. Dabei kann der durch die Drosselklappe bestimmte Anteil sowohl ausgehend vom Positionssignal der Drosselklappe ermittelt werden, als auch mittels eines Luftmengenmessers, der unmittelbar vor der Drosselklappe angeordnet ist.

Es hat sich nun herausgestellt, daß das bekannte System beim Öffnen der Drosselklappe dazu neigt, das Gemisch zu überfetten, weil es den Einfluß des Drosselklappenwinkels auf den Bypass-Luftmassenstrom nicht berücksichtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein System zu realisieren, bei dem ein Grundeinspritzsignal u. a. aus Drosselklappenwinkel und Ansteuersignal des Bypass-Stellers berechnet wird, das nicht nur bei geschlossener, sondern auch beliebig geöffneter Drosselklappe den tatsächlich vom Motor angesaugten gesamten Luftmassenstrom repräsen­ tiert. Dieses Signal kann z. B. bei ausgefallenem Hauptlastgeber im Notlauf oder bei der Übergangskompensation als Dynamik-Grundein­ spritzsignal verwendet werden.

Außerdem geht es darum, das eingangs erwähnte System zu optimieren, insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß es beim Öffnen der Drossel nicht zu einer Überfettung des Gemisches kommt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumeßsystem nach den Merkmalen der Hauptansprüche hat gegenüber dem bekannten System den Vorteil einer korrekten Bestimmung der erforderlichen Kraftstoffmenge und damit auch der Beibehaltung eines wenig schadstoffbelasteten Abgases auch in Übergangsbereichen.

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

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine grobe Über­ sichtsdarstellung eines Kraftstoffzumeßsystems für eine Brennkraft­ maschine, und die Fig. 2 bis 6 Blockschaltbilder bezüglich der Bildung von Kraftstoffzumeßsignalen ausgehend von Drosselklappen­ winkel und Ansteuersignal des Bypass-Stellers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in grobschematischer Übersicht die Elemente des Zusammenwirkens beim erfindungsgemäßen Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist die Brennkraftmaschine selbst mit 10 bezeichnet. Sie besitzt ein Abgasrohr 11 sowie eine Ansaugleitung 12, die in ihrem Inneren eine Drosselklappe 13 und einen diese Drosselklappe 13 umgebenden Bypasskanal 14 aufweist. Im Bypasskanal 14 selbst befindet sich eine Bypassklappe 15, die ihrerseits von einem Bypass-Stellwerk 16 angesteuert wird. Unmittelbar vor der Brennkraftmaschine 10 ist im Ansaugrohr 12 noch ein einzelnes Ein­ spritzventil 18 gezeichnet, das auch gegebenenfalls stellvertretend für mehrere Einspritzventile steht. Ein Fahrpedal trägt die Bezugs­ ziffer 19. Es bestimmt die Position der Drosselklappe 13. Vor der Drosselklappe mit Bypass ist ein Luftmassenmesser 23 dargestellt, der als Hauptlastgeber den angesaugten Luftmassenstrom mL mißt. Alternativ ist ein nicht eingezeichneter Druckfühler denkbar, der den Saugrohrabsolutdruck als Hauptlastsignal erfaßt. Mit 20 ist ein Steuergerät bezeichnet, das das Luftmassensignal mL und ein Positionssignal DK entsprechend der jeweiligen Drosselklappen­ stellung erhält, ferner ein Drehzahlsignal n von einem Drehzahl­ sensor 21 und weiteren Sensoren, von denen stellvertretend ein Temperatursensor 22 angegeben ist. Ausgangsseitig bedient das Steuergerät das Einspritzventil 18 sowie das Bypass-Stellwerk 16.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Anordnung ist als solche bekannt und entspricht u. a. dem Stand der Technik nach der obengenannten DE-A 31 20 667. Dabei bildet das Steuergerät 20 Einspritzsignale sowie Steuersignale für das Bypass-Stellwerk 16 ausgehend u. a. von einem Signal entsprechend dem Luftmassensignal mL, der Position der Drosselklappe 13 sowie der Drehzahl, erfaßt mittels des Drehzahl­ sensors 21.

Die Erfindung bezieht sich nun auf den Teil des Steuergerätes 20, der unabhängig von dem aus Luftmassensignal und Drehzahl berechneten Hauptgrundeinspritzsignal

ein Zusatz-Grundeinspritzsignal aus DK-Stellung und Bypass-Steller-Ansteuersignal berechnet, das im Stationärbetrieb bei allen Drosselklappenstellungen und Bypass-Stelleröffnungen möglichst genau gleich dem Hauptgrund­ einspritzsignal ist.

Dabei werden außerdem die Gesetzmäßigkeiten im Zusammenhang mit der Bildung des Ansteuersignals für das Bypass-Stellwerk 16, insbeson­ dere zur Leerlaufstabilisierung als bekannt vorausgesetzt.

Fig. 2 zeigt im Blockschaltbild die erfindungsgemäße Bildung eines Zusatz-Grundeinspritzsignals tLF ausgehend von den Signalen DK als der Drosselklappenposition sowie tau als dem Ansteuersignal für das Stellwerk 16. Grundgedanke des in Fig. 2 dargestellten Teils des Kraftstoffzumeßsystems ist es, daß ausgehend von den Signalen DK und tau ein Gesamtflächensignal Fg für die Luftdurchflußfläche im Ansaugrohr gebildet wird, und dieses Gesamtflächensignal Fg nach­ folgend zusammen mit der Drehzahl als Eingangsgrößen eines Kenn­ feldes zur Ausgabe eines Grundzumeßsignals dient. Dazu gelangt das Drosselklappenpositionssignal DK zu einem ersten Block 25, in dem eine Kennlinie abgelegt ist, die einen Zusammenhang zwischen Drosselklappenwinkel DK und der Fläche DK bildet. Ausgangsseitig des Blocks 25 steht somit ein Flächensignal FDK an. Entsprechend gelangt das Ansteuersignal tau für das Bypass-Stellwerk 16 zu einem Block 26, in dem eine Kennlinie Ftau aufgetragen über tau abgespeichert ist. Beide Ausgangssignale der Blöcke 25 und 26 gelangen zu einem Summationspunkt 27, in dem ein Signal bezüglich der Gesamtfläche Fg entsteht. Im nachfolgenden Kennfeld 28 wird dann abhängig von Dreh­ zahl n und der Gesamtfläche Fg ein Grundeinspritzsignal tLF aus­ gelesen, wobei der Endbuchstabe F als Kennzeichnung dafür verwendet wurde, daß das Grundeinspritzsignal über die Fläche gebildet wurde.

Wesentlich beim Gegenstand von Fig. 2 ist, daß das Drosselklappen­ positionssignal sowie das Ansteuersignal tau für das Bypass-Stell­ werk 16 in virtuelle Flächensignale umgewandelt wird und die Gesamt­ fläche als Eingangsgröße für das Kennfeld bezüglich des Grundein­ spritzsignales bzw. eines allgemein verwendbaren Lastsignals dient. Da die Flächen jedoch nicht direkt meßbar sind und somit eine Applikation schwierig ist, sind die Verfahren nach Fig. 3 bis 5 leichter zu applizierende Alternativen.

Beim Gegenstand von Fig. 3 wird nicht - wie bei Fig. 2 - auf die Fläche abgehoben, sondern auf einen gesamten, virtuellen Drossel­ klappenwinkel und davon ausgehend ein Grundeinspritzsignal tLW bestimmt, wobei W für Winkel steht. Der Grundgedanke liegt darin, daß die Öffnungsfläche des Bypass-Stellers, die durch tau gegeben ist, umgerechnet wird in einen virtuellen Winkel, um den die DK zusätzlich zu ihrer tatsächlichen Stellung geöffnet werden müßte, um die gleiche zusätzliche Fläche freizugeben, wie der Bypass-Steller. Eingangsgrößen sind wiederum das Signal DK bezüglich des Drossel­ klappenwinkels sowie das Ansteuersignal für das Bypass-Stellwerk 16. Während nun das Drosselklappensignal DK unmittelbar auf einen Summationspunkt 30 geführt ist, gelangt das Signal tau über einen Block 31 zum Summationspunkt 30. Block 31 symbolisiert die Umrech­ nung des Ansteuersignals tau mittels einer drosselklappen­ spezifischen Größe ctau. Ausgangsgröße dieses Blocks 31 ist dann ein virtueller Drosselklappenwinkel DKvtau, der ebenfalls der Summationsstelle 30 zugeführt wird. Ausgangsseitig der Summations­ stelle 30 steht dann ein Signal bezüglich des virtuellen Drossel­ klappengesamtwinkels DKvg zur Verfügung, der anschließend in einem Kennfeld 32 zusammen mit einem Drehzahlsignal das Grundzumeßsignal tLW, basierend auf einer Winkelbestimmung bestimmt.

Fig. 4 zeigt prinzipiell den gleichen Gegenstand wie Fig. 3, jedoch ergänzt um eine Steuerbarkeit für das Signal ctau, das auf den Block 31 einwirkt. Der Grund dafür liegt darin, daß in dem einfachsten Verfahren nach Fig. 3 die Umrechnung des Bypass-An­ steuersignals tau in virtuelle DK-Änderung nur für eine DK-Stellung richtig ist. Eine bestimmte zusätzliche DK-Fläche erfordert nämlich mit zunehmender DK-Öffnung weniger zusätzlichen virtuellen Verdreh­ winkel. Dies wird in Fig. 4 über einen Kennlinienblock 38 berück­ sichtigt, der eingangsseitig mit dem Signal DK beaufschlagt wird. Mit dieser Maßnahme kann der Einfluß des Drosselklappenstellungs­ signal DK auf das virtuelle Bypass-Signal DKvtau angepaßt werden.

Beim Gegenstand von Fig. 5 wird zuerst den Signalen DK bezüglich des Drosselklappenwinkels sowie tau als dem Ansteuersignal für das Bypass-Stellwerk 16 ein entsprechender virtueller Luftmassenstrom mLDK und mLtau über Drosselklappe und Bypass mittels zweier Kenn­ linienblöcke 42 und 43 zugeordnet, in einem nachfolgenden Summationspunkt 44 diese beiden Luftmasseneinzelsignale zu einem virtuellen Gesamtluftmassensignal mLg vereint und dieses Signal wiederum in einer nachfolgenden Kennlinie 45 in einen virtuellen Drosselklappengesamtwinkel DKvg umgewandelt. Die Luftmassenströme werden dabei als virtuell bezeichnet, da sie bei großen DK-Öffnungen nur fließen würden, wenn überkritisches Druckverhältnis vorliegen würde, was jedoch nicht der Fall ist. Es folgt der aus Fig. 3 bekannte Kennfeldblock 32 zur Ausgabe eines Grundeinspritzsignals tLW.

Dieses Verfahren ähnelt dem von Fig. 2 dadurch, daß die Kennlinien mLDkv und mLTAUv abgelegt werden, die den Luftmassenströmen durch DK und Bypass-Steller bei überkritischen Druckverhältnissen entsprechen wurden und die somit proportional zu den Öffnungsflächen sind. Damit ist auch der gesamte virtuelle Luftmassenstrom mLgv proportional zur Gesamtfläche. Es wäre nun auch denkbar, in einem Block 46 das Kenn­ feld für ein Grundeinspritzsignal tLmLv mit mLgv und n, statt tLW mit DKvg und n in Block 32 zu ermitteln, was quasi dem Verfahren nach Fig. 2 gleich käme und in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet ist.

Der Vorteil der Umsetzung von mLgv in DKvg in Block 45 und des Kennfeldblocks 32 liegt jedoch darin, daß DKvg als 1 Byte-Größe ausreichend genau ist, während mLvg in jedem Fall eine 2 Byte-Größe sein muß, wa die Kennfeldinterpolation kompliziert macht. Ferner ist die Applikation des Kennfelds in Block 32 bei geschlossenem Bypass-Steller mit der direkt meßbaren Größe DK einfacher und genauer als mit der Zwischengröße mLgv.

Schließlich zeigt Fig. 6 die Möglichkeit einer Einspritzsignal­ gewinnung ausgehend von den Signalen DK bezüglich Drosselklappen­ position, n als der Drehzahl sowie tau als dem Ansteuersignal für das Bypass-Stellwerk 16. Dazu werden die Signale DK und n einem Kennfeld 50 zugeführt. In diesem ist das Lastsignal tLw abgelegt, das dem bei geschlossenem Bypass-Steller über die Drosselklappe fließenden Luftmassenstrom entspricht.

Der zusätzlich über das Bypass-Stellwerk 16 fließende Luftmassenstrom wird durch einen Kennlinienblock 54 bestimmt, an dessen Ausgang ein Luftmassensignal mLtau vorliegt. Dieses wird wie bei luftflußmessenden Systemen über ein Divisionsglied 55 durch die Drehzahl und Steuergerätekonstante aus Block 56 nach der Formel

in ein Lastsignal tLtau umgewandelt.

Bei überkritischem Druckverhältnis von Saugrohr- zu Umgebungsdruck kann dieses im Summationspunkt 51 direkt zu tlW addiert werden, wodurch ein korrektes Gesamtlastsignal tLg resultiert, wie im Stand der Technik (DE-A 31 20 667). Für unterkritische Druckverhältnisse resultiert jedoch ein Fehler. Dieser wird erfindungsgemäß von Fig. 6 dadurch korrigiert, daß das Signal tLW/tLWmax gebildet wird, wobei tLWmax(n) aus dem Kennlinienblock 57 entnommen wird. Über diesem Quotienten wird nun im Kennlinienblock 52 die Ausflußfunktion F abgelegt, und in 53 mit dem Ausgangswert das Signal tLtau multi­ pliziert, bevor es in 54 zu tLW addiert wird. Somit ist eine ange­ näherte Korrektur für unterkritische Druckverhältnisse gegeben, die jedoch bei großen Bypass-Stelleröffnungen noch einen gewissen Rest­ fehler beinhaltet.

Eine weitere Verbesserung in der Nähe des häufigsten Arbeitspunktes des Bypass-Stellwerks ist möglich, wenn der Kennfeldblock 50 in Fig. 6 nicht mit geschlossenem Bypass-Stellwerk appliziert wird, sondern mit dem Tastverhältnis tauN im üblichen Arbeitspunkt. Im Lastsignal tLW ist dann der hierfür zugehörige Luftmassenstrom durch den Steller enthalten.

Als Eingangssignal für den Block 54 wird dann das in Klammer ange­ gebene Signal Δtau = tau - tauN gewählt und als Ausgangssignal resultiert ein Luftmassenstromdifferenzsignal ΔmLtau.

Dies hat den Vorteil, daß das hieraus berechnete Korrektursignal ΔtLtau am Ausgang von Block 55 bei Nennstelleröffnungen tauN gleich null ist, und somit auch bei unterkritischem Druckverhältnis kein Fehler resultiert. Erst bei weit von tauN abweichenden Steller­ öffnungen bleibt bei unterkritischen Druckverhältnissen, z. B. bei halb geöffneter Drosselklappe ein Restfehler trotz der Korrektur Fψ, der jedoch kleiner ist als in der vorgenannten Version mit TAU anstelle von ΔTAU.

Claims (9)

1. Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe im Luftansaugrohr, einem steuerbaren Bypass zur Drosselklappe und einer Signalverarbeitungseinheit zur Bildung eines Grund-Kraftstoffzumeßsignals bzw. eines allgemein verwendbaren Last­ signals ausgehend von wenigstens den Größen Drosselklappenwinkel, Ansteuersignal des Bypaßstellers sowie Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Grund-Kraftstoffzumeßsignal (tLF bzw. tLW) über die Bildung von virtuellen Gesamtsignalen bezüglich Luftdurchtrittsfläche (Fg) oder Drosselklappenwinkel (DKvg) und anschließender ergänzend drehzahl­ abhängiger Kennfeldwertausgabe ermittelt wird.

2. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Gesamtsignal bezüglich Luftdurchtrittsfläche (Fg) (Gesamtflächensignal) über kennlinienabhängige Einzelflächen (FDK) und (Ftau) ermittelt wird. (Fig. 2, Verfahren 1).

3. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Gesamtsignal bezüglich des Drosselklappenwinkels (DKvg) durch Addition des Drosselklappenwinkels mit einem virtuellen Bypass-Winkel-Signal (DKvtau) gebildet wird. (Fig. 3, Verfahren II)

4. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Bypass-Winkel-Signal (DKvtau) über eine Größe (ctau) aus dem Bypass-Stellersignal (tau) gebildet wird.

5. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Bypass-Winkel-Signal (DKvg) ausgehend von Bypass-Stellersignal (tau) und einer Größe (GtauDK) gebildet wird, die eine Funktion der aktuellen Drosselklappenposition ist. (Fig. 4, Verfahren III).

6. Kraftstoffzumeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Gesamtsignal bezüglich des Drosselklappenwinkels (DKvg) ausgehend vom Drosselklappensignal (DK) sowie dem Bypass-Stellersignal (Tau) erfolgt, die in entsprechende Mengen­ signale (mLDK und mLtau) transformiert und anschließend addiert werden, und das addierte Gesamtsignal (mLg) in das virtuelle Gesamt­ signal bezüglich des Drosselklappenwinkels (DKvg) rückgewandelt wird. (Fig. 5, Verfahren IV)

7. Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe im Luftansaugrohr, einem steuerbaren Bypass zur Drosselklappe und einer Signalverarbeitungseinheit zur Bildung eines Kraftstoffzumeßsignals ausgehend von wenigstens den Größen Drossel­ klappenwinkel, Ansteuersignal des Bypass-Stellers sowie Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzumeßsignal aus der Summe einer drehzahl- und drossel­ klappenwinkelabhängigen Komponente tLW, die für geschlossenen Bypass angepaßt ist, und einer bypassabhängigen Komponente gebildet wird, wobei die bypassabhängige Komponente tLtau eine Korrektur abhängig von dem Quotienten tLW/tLWmax(n) erfährt.

8. Kraftstoffzumeßsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe im Luftansaugrohr, einem steuerbaren Bypass zur Drosselklappe und einer Signalverarbeitungseinheit zur Bildung eines Kraftstoffzumeßsignals ausgehend von wenigstens den Größen Drossel­ klappenwinkel, Ansteuersignal des Bypass-Stellers sowie Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzumeßsignal aus der Summe einer drehzahl- und drosselklappenwinkelabhängigen Komponente tLW, die für Nennöffnung des Bypasses angepaßt ist, und einer bypass­ abhängigen Komponente gebildet wird, wobei ΔmLtau die Differenz zum Nennluftmassenstrom durch den Bypass-Steller, gegeben durch die Abweichung ΔTau zum Nennan­ steuersignal tauN des Bypass-Stellwerks ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bypassabhängige Komponente ΔtLtau eine Korrektur abhängig von dem Quotienten tLW/tLWmax(n) erfährt.