DE4105670C2 - Steuergerät für einen Motor - Google Patents
Steuergerät für einen MotorInfo
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der
Ansaugluftzufuhr in einem Verbrennungsmotor mit den Schritten
a)-c) des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 36 38 564 A1 bekannt. Hier wird
zwischen normalen Betriebszuständen des Motors und sogenannten
Übergangsphasen unterschieden. Dabei steht der Begriff
"Übergangsphase" für die Beschleunigung der Maschine. Der
Übergang vom normalen Betriebszustand in die Übergangsphase
(Beschleunigung) wird hier als weitere unterschiedliche
Motorbetriebsphase betrachtet. Während der Beschleunigung des
Verbrennungsmotors, bei dem es zu einem Überschwingen der
Ansaugluftmenge kommen kann, wird eine Begrenzung der Flußrate
der Ansaugluft nicht durchgeführt, da es schwierig ist, eine
korrekte Flußrate festzulegen, um die Anforderungen einer
Beschleunigung des Verbrennungsmotors zu erfüllen. Um die
Probleme bei der Beschleunigung des Verbrennungsmotors
hinsichtlich der Ansaugluftmenge zu lösen, wird vorgeschlagen,
den Begrenzungsprozeß während eines vorbestimmten Intervall von
Zündungen nicht durchzuführen, wobei der normale
Begrenzungsbetrieb von dem Moment an fortgesetzt wird, wenn die
Beschleunigung der Maschine beendet ist. Ferner kann der
Begrenzungsprozeß für den Ansaugluftmengenwert auch über eine
vorbestimmte Zeitdauer hinweg durchgeführt werden, so daß im
stetigen Betrieb des Verbrennungsmotors bei niedrigen
Geschwindigkeiten oder hoher Last oder sogar während einer
Beschleunigungsphase eine exakte Erfassung der Ansaugluftmenge
und damit ein exakter Steuerungsbetrieb gewährleistet wird. Der
Übergang vom normalen Betriebszustand in die
Beschleunigungsphase wird hier nicht berücksichtigt.
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild dar, das den Aufbau
eines typischen Brennstoffsteuergerätes für einen Motor
veranschaulicht, bei dem ein Luftstromsensor (AFS) zur
Erfassung der Ansaugluftmenge verwendet wird.
In Fig. 1 bedeuten die Bezugszeichen: 1 - einen
Luftreiniger; 2 - einen Heißdraht-AFS; 3 - ein
Drosselventil zur Steuerung der Ansaugluftmenge des
Motors; 4 - eine Ausgleichskammer; 5 - eine
Luftansaugleitung; 6 - ein Lufteinlaßventil, das von einem
(nicht dargestellten) Steuernocken gesteuert wird; und 7 -
einen Zylinder. Obwohl Fig. 1 zur Vereinfachung der
Beschreibung nur einen einzigen Zylinder zeigt, besteht
der Motor tatsächlich aus mehreren Zylindern.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Einspritzvorrichtung,
die mit jedem Zylinder verbunden ist, während das
Bezugszeichen 9 eine elektronische Steuereinheit
(nachfolgend ECU genannt) bezeichnet, welche die der
Einspritzvorrichtung 8 zugeführte Brennstoffeinspritzmenge
steuert, derart, daß ein vorbestimmtes
Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F) in Bezug auf die in jedem
der Zylinder eingesaugte Luft gegeben ist. Die ECU 9
bestimmt die Brennstoffeinspritzmenge aufgrund des
Ausgangssignals des AFS 2, des Kurbelwinkelsensors 10, des
Startschalters 11 und des Temperaturfühlers 12 für das
Motorkühlwasser; und sie steuert die Impulsbreite des an
die Einspritzvorrichtung 8 synchron mit dem Signal des
Kurbelwinkelsensors 10 gelieferten
Brennstoffeinspritzimpulssignals. Der Kurbelwinkelsensor
10 kann ein allgemein bekannter Bautyp zur Erzeugung eines
rechteckwellenförmigen Signals sein, das bei der Drehung
des Motors im oberen Totpunkt (TDC) ansteigt und im
unteren Totpunkt (BDC) abfällt.
Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild zur detaillierten
Erläuterung der Betriebsweise der ECU 9 dar.
In der Detektorschaltung 9a zur Erfassung der
Umdrehungsgeschwindigkeit wird die
Umdrehungsgeschwindigkeit durch Messen der Zeitdauer
zwischen benachbarten TDCs des rechteckwellenförmigen
Signals des Kurbelwinkelsensors 10 erhalten. Eine
Detektorschaltung 9b zur Erfassung der gemittelten
Einsaugluftmenge wird so betrieben, daß sie den
Durchschnittswert der Ausgangssignale des AFS 2 in
benachbarten oberen Totpunkten TDC des
rechteckwellenförmigen Ausgangssignals des
Kurbelwinkelsensors 10 erhält. Eine
Nebenberechnungsschaltung 9c zur Berechnung der
Basisimpulsbreite berechnet dieselbe durch Teilen des
Durchschnittswertes des von der Detektorschaltung 9b zur
Erfassung der Durchschnittsansaugluftmenge gelieferten,
der Ansaugluftmenge entsprechenden Ausgangssignals durch
ein Ausgangssignal, welches die Anzahl der Umdrehungen der
von der Erfassungsschaltung 9a der
Umdrehungsgeschwindigkeit gelieferten Umdrehungszahl
anzeigt.
Eine Aufwärmkorrekturschaltung 9d bestimmt als Antwort auf
die Temperatur des Motorkühlwassers einen
Korrekturkoeffizienten, der durch das Ausgangssignal des
Kühlwassertemperaturfühlers 12 dargestellt wird. Die durch
die Nebenberechnungsschaltung 9c der Basisimpulsbreite
erhaltene Basisimpulsbreite und der durch die
Aufwärmkorrekturschaltung 9d erhaltene
Korrekturkoeffizient werden in einer
Korrekturwertberechnungsschaltung 9e addiert oder
multipliziert, um so die Impulsbreite für die
Brennstoffeinspritzung zu erhalten.
Andererseits berechnet eine Nebenberechnungsschaltung 9f
für den Startimpuls die Startimpulsbreite auf der Basis
des Erfassungssignals des Wassertemperaturfühlers 12. Ein
Schalter 9g stellt nach Empfang des Ausgangssignals des
Startschalters 11, der den Start des Motors erfaßt,
entweder die Einspritzimpulsbreite oder die
Startimpulsbreite ein. Ein Zeitgeber 9h löst einen
einmaligen Eingriff der Impulsbreite gleichzeitig mit dem
Fallpunkt des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 10
im oberen Totzeitpunkt aus, wodurch die
Einspritzvorrichtung 8 durch eine Einspritzsteuerschaltung
9i betätigt wird. Die Basisbrennstoffeinspritzmenge der
Einspritzvorrichtung 8 entspricht der Ansaugluftmenge pro
Motorumdrehung bzw. dem Ladungswirkungsgrad.
Im allgemeinen tritt im Falle, daß im Motorbetrieb kein
Turbolader verwendet wird, ein Pulsieren der Luft oder ein
Rückstrom der Luft im
Niedergeschwindigkeits-Hochladungsbereich (1000-3000
U/min und -50 mmHg-0 mmHg) auf. Dadurch entsteht eine
Fehlmessung des AFS 2 aufgrund der Pulsationen der Luft
bzw. der Umkehrströmung der Luft.
Fig. 3 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der
Beziehung zwischen der Luftdurchflußmenge (Ordinate), dem
Ladedruck, d. h., einem negativen Ansaugluftdruck P
(Abszisse) und der Umdrehungsgeschwindigkeit (U/min) als
Parameter dar, wobei das Ausgangssignal des AFS 2
(Heißdrahtgerät) alle 1 msec abgetastet wird und das
abgetastete Ausgangssignal in ein Durchflußmengensignal
umgewandelt wird, in welchem der Wert der Durchflußmenge
in Bezug auf einen einzelnen Luftansaughub gemittelt ist.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, zeigt die Luftdurchflußmenge
A(n) beim Auftreten einer Luftrückflußströmung einen recht
großen Wert im Vergleich zu der tatsächlichen
Luftdurchflußmenge im obengenannten
Niedergeschwindigkeits-Hochladungsbereich des
Motorbetriebs. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist daran
gedacht worden, einen oberen Grenzwert an der
Verlängerungslinie (durch eine gestrichelte Linie
angedeutet) für jedes Umdrehungsgeschwindigkeitsniveau in
einem Punkte eines Ladedruckes P = 0 mmHg bzw. eines
bestimmten Ladungswirkungsgrades (z. B. 0.9) festzulegen,
sodaß der Wert der Ansaugluftstrommenge gekappt wird.
Durch Begrenzen der Ansaugluftstrommenge A(n) auf einen
Wert, der dem Abschneiden unterzogen wird, kann also eine
passende Ansaugluftstrommenge erzielt werden (wenn sich
der Motor im Beharrungszustand befindet), und zwar auch im
oben erwähnten Niedergeschwindigkeits-Hochladungsbereich
des Motorbetriebs.
Beim konventionellen Steuergerät wurde jedoch ein
Überschuß der Luftstrommenge durch den AFS 2 festgestellt
(wie durch die durchgezogene Linie A in Fig. 4b angezeigt
ist), wobei dieser durch eine in der Ausgleichskammer und
in der Ansaugleitung 5 zurückgebliebene Luftmenge
verursacht wird, wenn das Kraftfahrzeug stark beschleunigt
wird, d. h., wenn das Drosselventil aus dem ganz
geschlossenen Zustand rasch in den geöffneten Zustand
verstellt wird, wie durch die durchgezeichnete Linie E in
Fig. 4d veranschaulicht ist. Bei der erfaßten
Luftstrommenge handelt es sich nicht um den Wert, der
aufgrund der Luftrückflußströmung als überschüssig erfaßt
wurde, sondern um die tatsächliche Durchflußmenge. Es ist
daher nicht zweckentsprechend, die Luftstrommenge auf
diejenige maximale Luftstrommenge C zu begrenzen (wie
durch die aus einzelnen Kettenstrichen bestehende Linie
angedeutet ist), bei der das Drosselventil ganz geöffnet
ist. Das konventionelle Steuergerät, bei dem die
Obergrenze für jedes Umdrehungsgeschwindigkeitsniveau
vorgesehen ist und die dem Motor zugeführte
Ansaugluftmenge durch den oberen Grenzwert abgeschnitten
ist, kann beim Beschleunigen des Motors kein
befriedigendes Ergebnis liefern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Erfassung der Ansaugluft in einem
Verbrennungsmotor vorzusehen, welches eine einwandfreie
Steuerung der Kraftstoffzufuhr des Verbrennungsmotors auch im
Zustand starker Beschleunigung des Motors sicherstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit dem
Eintritt in die Hochlastphase beginnt die Begrenzung der
Ansaugluftmenge. Dadurch wird dem Motor während des Eintritts
in die Hochlastphase vor der Kraftstoffsteuerung, welche den
Erfassungswert empfängt und abhängig davon die Kraftstoffzufuhr
steuert, eine erhöhte Kraftstoffmenge während der vorbestimmten
Zeitdauer in der Übergangsphase zur Beschleunigung zugeführt.
Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln erreicht werden, daß
das Ansprechverhalten des Motors beim Eintritt in den Zustand
starker Beschleunigung erheblich verbessert wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2, 3.
In einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
vorteilhaft, wenn
Detektormittel zur Erfassung der an den Motor zu
liefernden Luftansaugmenge und Steuermittel zum Steuern
des Motors als Antwort auf das Ausgangssignal der
Detektormittel,
Ladungsdetektormittel zur Erfassung der Ladung des
Motors, und Begrenzungsmittel zum Kappen des
Ausgangssignals der Detektormittel zur Erfassung der
Ansaugluftmenge bei Erreichen eines zweiten Wertes
aufweist, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist,
nachdem die Ladung des Motors einen ersten oder einen
höheren Wert erreicht hat, verwendet werden.
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung
des Aufbaus eines typischen Motorsteuergerätes
dar;
Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung
des Aufbaus einer typischen, im Steuergerät
verwendeten ECU dar;
Fig. 3 stellt den Verlauf der Ausgangskennlinie des bei
einem typischen Steuergerät verwendeten AFS dar;
Fig. 4 stellt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der
Wirkungsweise des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der
Betriebsweise des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung dar.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Der Aufbau des Steuergerätes der vorliegenden
Erfindung ist der gleiche wie der in den Fig. 1 und 2
dargestellte Aufbau. Dementsprechend bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile.
Nunmehr wird die Betriebsweise des Steuergerätes unter
Bezugnahme auf das in Fig. 5 dargestellte Flußdiagramm
beschrieben.
In Schritt 101 wird die zwischen zwei benachbarten oberen
Totpunkten auftretende Durchschnittsluftmenge A(n) durch
Dividieren eines akkumulierten Luftmengenwertes S, der
durch eine Konstantzeit-Interruptroutine (in den
Zeichnungen nicht dargestellt) erhalten wird, durch die
Anzahl der Akkumulationen i gewonnen, woraufhin der
Speicher in einem RAM, der die Werte S und i in der ECU
hält, rückgesetzt wird.
In Schritt 102 wird unter Heranziehung eines
Ladungsparameters, wie etwa des Drosselöffnungsgrades, des
Ladungsdruckes oder eines anderen Parameters, entschieden,
ob ein Hochladungszustand vorliegt oder nicht, d. h. ein
Zustand, bei dem die Ladung einen vorbestimmten Wert
besitzt oder größer ist. Stellt sich heraus, daß die
Ladung einen niedrigen Wert besitzt, wird in Schritt 103
der vorbestimmte Wert in einem Grenz- bzw.
Kappsteuerzähler Cmax gesetzt. Liegt andererseits ein
Zustand hoher Ladung vor, wird in Schritt 104 ermittelt,
ob der Wert des Kappsteuerzählers Cmax den Betrag 0
aufweist oder nicht. Fällt die Entscheidung negativ aus,
erfolgt in Schritt 105 das Abwärtszählen des
Kappsteuerzählers Cmax.
Stellt sich andererseits heraus, daß der Wert des
Kappsteuerzählers Cmax tatsächlich 0 ist, wird in Schritt
106 der Maximalwert Amax der Ansaugluftmenge gelesen. Der
Maximalwert Amax kann unter Heranziehung der
Umdrehungsgeschwindigkeit als Parameter bestimmt werden,
wobei der Maximalwert in einem ROM der ECU 9 gespeichert
wird.
In Schritt 107 wird entschieden, ob die zwischen den
oberen Totpunkten auftretende Durchschnittsluftmenge A(n)
den Maximalwert Amax überschreitet oder nicht. Bestätigt
die Entscheidung das Überschreiten des Maximalwertes, wird
in Schritt 108 der Wert A(n) als Amax gesetzt, womit die
Kappoperation durchgeführt ist.
Fig. 4 stellt ein Zeitdiagramm dar, das die Wellenformen
der Hauptkomponenten des Motors im Falle veranschaulicht,
daß die Ansaugluftmenge zur Zeit einer raschen
Beschleunigung des Motors den Maximalwert überschreitet.
Fig. 4a stellt die Wellenform des Kurbelwinkelsignals dar.
In Fig. 4d gibt die durchgezogene Linie E den Fall wieder,
bei dem der Drosselöffnungsgrad plötzlich groß gemacht
wird. Fig. 4c zeigt, daß der Unterdruck D in der
Ausgleichskammer 4 mit der in der Ausgleichskammer
geladenen Luftmenge zunimmt. In diesem Falle tritt ein
Überschuß in der vom AFS 2 erfaßten Luftstrommenge A auf.
Die Wellenform der Überschußmenge entspricht derjenigen
der tatsächlichen Ansaugluftmenge. Die Entscheidung
darüber, mit welcher Ladungsmenge der Motor beaufschlagt
ist, hängt vom Drosselöffnungsgrad E ab. Wenn der
Ladungswert das Niveau G überschreitet, bei welchem die
Beurteilung des hohen Ladezustandes erfolgt, wird das
Abwärtszählen des Zählwertes F des Kappsteuerzählers Cmax
bei jeder Zündung bewirkt. Während des Zählvorganges wird
die vom AFS 2 erfaßte Ansaugluftmenge kontinuierlich als
die gegebene Ansaugluftmenge herangezogen. Erreicht der
Zählwert F den Stand 0, wird entschieden, ob die erfaßte
Luftstrommenge A den Maximalwert C (d. h., den Wert Amax)
überschreitet oder nicht. Wenn die erfaßte Luftstrommenge
den Maximalwert C übersteigt, wird die erfaßte
Luftstrommenge auf den Maximalwert C gekappt.
Wird der Motor mit einer niedrigen Ladung beaufschlagt,
oder ist die Luftstrommenge A kleiner als der Maximalwert
C, wird die erfaßte Luftstrommenge A herangezogen,
selbst wenn der vom Zähler gezählte Wert 0 ist.
Dementspechend kann die in Fig. 4b durch die gestrichelte
Linie B angezeigte Luftstrommenge erreicht werden, und
weiter kann die der genannten Luftstrommenge entsprechende
Brennstoffeinspritzung erreicht werden. Demgegenüber wird
beim konventionellen Steuergerät die Luftstrommenge
unmittelbar nach dem Überschreiten des Maximalwertes C
durch diese Luftstrommenge gekappt, wodurch die
Brennstoffeinspritzmenge nicht auf die Ansaugluftmenge
abgestimmt ist.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die
Entscheidung über den Zustand hoher Ladung in Abhängigkeit
vom Drosselöffnungsgrad des Drosselventils gefällt. Die
Entscheidung kann aber auch auf der Basis des Unterdrucks
oder des Ladungswirkungsgrades erfolgen. Weiter kann das
Abwärtszählen des Zählers bei jeder Zündung stattfinden.
Darüber hinaus kann das Abwärtszählen in konstanten
Zeitabständen erfolgen.
Fig. 5 beschreibt die Verwendung des zwischen den oberen
Totpunkten anfallenden Ausgangssignals des AFS 2.
Demgegenüber stellt Fig. 4 die direkte Verwendung des
Ausgangssignals des AFS 2 dar. Die Wirkungsweise der
vorliegenden Erfindung kann also aus jeder dieser Figuren
abgelesen werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erfassung der Ansaugluftzufuhr in einem
Verbrennungsmotor, mit den Schritten:
- a) Erfassen einer zwischen zwei benachbarten oberen Totpunkten angesaugten Durchschnitts- Ansaugluftmenge (101);
- b) Begrenzen (108) des Erfassungswertes der Durchschnitts-Ansaugluftmenge;
- c) Erfassen eines Hochlastzustandes des Motors (102);
gekennzeichnet dadurch, daß
- d) der Erfassungswert der Durchschnitts- Ansaugluftmenge bei Eintritt in den Hochlastzustand erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer (104, 105) seit der Erfassung (102) des Hochlastzustandes begrenzt (108) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Durchschnitts-Ansaugluftmenge (101) durch
Mittelwertsbildung der von einem Luftstromsensor (2)
gelieferten Ausgangswerte erhalten wird, die in Bezug
auf ein Kurbelwinkelimpulssignal (10) abgetastet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hochlastzustand des Motors (102) in Abhängigkeit
vom Drosselöffnungsgrad eines Drosselventils (3)
bestimmt wird.
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