DE4105670C2 - Steuergerät für einen Motor - Google Patents

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.