DE4211810A1 - Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Eine solche Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 26 50 246 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben, bei der neben anderen Be­ triebskenngrößen auch die Kraftstofftemperatur berücksichtigt wird.

Üblicherweise wird die Kraftstofftemperatur mittels eines Tempera­ tursensors direkt im Kraftstoff erfaßt. Für eine solche Erfassung ist ein Temperatursensor sowie eine Verbindungsleitung zum Steuerge­ rät erforderlich. Dieser zusätzliche Temperatursensor einschließlich der Leitungen sowie die Anschlüsse an das Steuergerät verursachen erhebliche Kosten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ein­ fache und kostengünstige Einrichtung zu schaffen, die eine möglichst genaue Berücksichtigung der Kraftstofftemperatur ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die Kraftstofftemperatur sehr einfach, kostengün­ stig und mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Korrektur der Kraftstoffmenge abhängig von der Kraftstofftemperatur und

Fig. 3 ein Modell für die Wärmeübergangs­ widerstände des Kraftstoffzumeßsystems.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Als Ausführungsbeispiel wurde eine Dieselbrennkraftmaschine gewählt, bei der das Steuergerät unmittelbar an der Kraftstoffpumpe angeord­ net ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann aber auch bei anderen Brennkraftmaschinentypen verwendet werden, bei denen das Steuergerät zur Steuerung der Kraftstoffmenge in unmittelbarer Nähe der Kraft­ stoffzumeßeinrichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrich­ tung kann generell bei allen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen eine bekannte Beziehung zwischen der Temperatur im Steuer­ gerät und der Kraftstofftemperatur besteht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird im folgenden am Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Dort ergibt sich erst durch die Berücksichtigung der Temperatur des Kraftstoffes im Elementraum der Kraftstoffpumpe eine sehr genaue Kraftstoffzumessung. Die erfin­ dungsgemäße Einrichtung kann aber auch zur Erfassung von anderen Temperaturwerten wie zum Beispiel der Temperatur der angesaugten Luft verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß ein defi­ nierter Zusammenhang zwischen der Temperatur im Steuergerät und der zu messenden Temperatur besteht. Auch kann die Einrichtung bei ande­ ren Brennkraftmaschinentypen eingesetzt werden, insbesondere zur Steuerung der Leistungsabgabe über die Stellung der Drosselklappe, des Zündzeitpunktes oder der zuzumessenden Kraftstoffmenge.

Die Fig. 1 zeigt grob schematisch das erfindungsgemäße Zumeßsystem. Eine Brennkraftmaschine 100 erhält über eine Hochdruckkraftstofflei­ tung 105 von einer Kraftstoffpumpe 110 den für den Verbrennung not­ wendigen Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt von einem Kraftstoffvorratsbehälter 120, der auch als Tank bezeichnet wird, über eine Niederdruckleitung 115 zu der Kraftstoffpumpe 110.

An der Kraftstoffpumpe 110 ist ein Steuergerät 130 angeordnet. Die­ ses Steuergerät umfaßt unter anderem wenigstens einen Hybridschalt­ kreis 132, der wiederum wenigstens einen Mikrocomputer 133 sowie wenigstens einen Temperatursensor 140 enthält. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Temperatursensoren 140 und 143 vorgesehen. Ferner kann an einer beliebigen Stelle des Steuergeräts, die einen guten Wärmekontakt zur Kraftstoffpumpe aufweist, ein wei­ terer Temperatursensor 146 vorgesehen sein. Das Steuergerät 130 steht ferner über verschiedene Leitungen mit verschiedenen Sensoren 150 in Verbindung.

Ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, die mittels der Sen­ soren 150 erfaßt werden, berechnet das Steuergerät 130 Ansteuer­ signale zur Beeinflussung der Kraftstoffpumpe. Als Betriebskenngrö­ ßen werden neben anderen Größen insbesondere Signale bzw. der Fahr­ pedalstellung und der Drehzahl erfaßt. Abhängig von den Ansteuer­ signalen mißt die Kraftstoffpumpe der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu. Die Ansteuersignale bestimmen dabei den genauen Einspritzbeginn und über das Einspritzende die genaue Einspritzmenge.

Um eine möglichst emmissionsfreie Verbrennung erzielen zu können, muß bei vorgegebenen Bedingungen eine vorgegebene Kraftstoffmasse möglichst exakt zugemessen werden. Da die herkömmlichen Kraftstoff­ pumpen nur ein definiertes Kraftstoffvolumen zumessen können, muß bei der Bestimmung der Ansteuersignale die Temperatur des Kraft­ stoffs in der Kraftstoffpumpe berücksichtigt werden, damit eine ge­ naue Kraftstoffzumessung erzielt werden kann. Eine besonders präzise Zumessung ergibt sich, wenn die Temperatur des Kraftstoffs im Ele­ mentraum der Kraftstoffpumpe berücksichtigt wird.

In Fig. 2 sind die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumeßsy­ stems, das die Kraftstofftemperatur berücksichtigt, dargestellt. Die Sensoren 150 stehen mit einer Mengenberechnung 200 in Verbindung. Das Ausgangssignal QK der Mengenberechnung 200 gelangt zum einen über einen Verknüpfungspunkt 205 zu einer Endstufe 210. Zum anderen gelangt es zu einem Mengenkorrektur-Kennfeld 215, dem an seinem wei­ teren Eingang das Drehzahlsignal N zugeführt wird. Das Ausgangs­ signal DQK des Mengenkorrektur-Kennfeldes 215 gelangt zu einem Ver­ knüpfungspunkt 220, der wiederum mit dem Verknüpfungspunkt 205 in Verbindung steht. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 220 liegt das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 235.

Der Verknüpfungspunkt 235 verknüpft das Ausgangssignal TD eines DT1-Gliedes 245, das Ausgangssignal TR eines Referenzwertspeichers 255 sowie das Ausgangssignal TE einer Temperaturberechnung 250. Am Eingang des Verzögerungsgliedes 245 liegt das Ausgangssignal eines zweiten Kennfeldes 240, an dessen Eingängen das Ausgangssignal QK der Mengenberechnung 200 und das Drehzahlsignal N anliegen.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Ausgehend von der Fahrpedal­ stellung FP und der Drehzahl N gibt die Mengenberechnung 200 die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK vor. In der einfachsten Ausfüh­ rungsform besteht die Temperaturberechnung 250 lediglich aus einem Temperatursensor. Dieser Temperatursensor ist im Steuergerät insbe­ sondere auf dem Hybridschaltkreis angeordnet. Vorzugsweise dient ein temperaturempfindliches Bauteil des Hybridschaltkreises als Tempera­ tursensor. Dieser Temperatursensor mißt die Hybridtemperatur TH. Es wird nun angenommen, daß die Hybridtemperatur der Kraftstofftempera­ tur TE entspricht.

Im Verknüpfungspunkt 235 wird die Differenz aus einer Referenztempe­ ratur TR und der Hybridtemperatur TH bestimmt. Die Referenztempera­ tur TR ist im Referenztemperaturspeicher 255 abgelegt und entspricht derjenigen Temperatur, bei der das Mengenkennfeld der Mengenberech­ nung 200 aufgenommen wurde.

Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 235 liegt nun ein Signal DT an, das die Abweichung zwischen der Referenztemperatur TR und der Kraft­ stofftemperatur angibt. Diese Größe wird als Differenztemperatur DT bezeichnet.

Abhängig von der Drehzahl N und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QK ist im Mengenkorrekturkennfeld 215 eine Korrekturmenge DQK abge­ legt. Diese Korrekturmenge gibt an, um welchen Betrag die Kraft­ stoffmenge QK je Grad Abweichung zwischen der Kraftstofftemperatur und Referenztemperatur TR zu korrigieren ist.

Ausgehend von der Differenztemperatur DT und dem Ausgangssignal DQK des Mengenkorrekturkennfeldes 215 erzeugt der Verknüpfungspunkt 220 eine Korrekturmenge KQK. Der Verknüpfungspunkt 205 gibt ausgehend von der Kraftstoffmenge QK sowie der Korrekturmenge KQK ein Signal bzgl. der korrigierten Kraftstoffmenge QKK ab. Diese korrigierte Kraftstoffmenge QKK wird dann der Endstufe 210 zugeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ver­ knüpfungspunkt 220 die beiden Eingangssignale multiplikativ ver­ knüpft. Im Verknüpfungspunkt 205 wird dann die Korrekturmenge KQK zur Kraftsoffmenge QK der Mengenberechnung 200 hinzuaddiert. Die Endstufe 210 setzt die korrigierte Kraftstoffmenge QKK in An­ steuersignale zur Ansteuerung des mengenbestimmenden Stellgliedes um. Bei einer Dieselbrennkraftmaschine ist dies der Sollstrom für das Stellwerk, der dann von dem Stellregler auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird. Bei magnetventilgesteuerten Zumeßsystemen setzt die Endstufe 210 diese korrigierte Kraftstoffmenge QKK in eine Ansteuerdauer um. Bei solchen Systemen kann auch vorgesehen sein, daß die Mengenberechnung 200 eine Zeitdauer, die der Zumeßdauer ent­ spricht, vorgibt. Diese Zeitdauer wird dann im Verknüpfungspunkt 205 entsprechend korrigiert. In diesem Fall werden dann an Stelle der Kraftstoffmenge Zeitsignale für die Zumeßdauer bzw. die Ansteuerdauer verarbeitet.

Zur Erfassung der Hybridtemperatur kann der Temperatursensor 250 an verschiedenen Stellen 140, 143 des Hybridschaltkreises angeordnet sein. Vorteilhaft ist auch eine Anordnung eines Temperatursensors an einer Stelle 146 des Steuergeräts außerhalb des Hybridschaltkreises, die einen guten Wärmekontakt zur Kraftstoffpumpe besitzt.

Dadurch, daß der bzw. die Temperatursensoren innerhalb des Steuerge­ räts 130 angeordnet sind ergibt sich gegenüber bekannten Systemen, bei denen ein separater Temperatursensor zur Erfassung der Kraft­ stofftemperatur außerhalb des Steuergeräts in der Kraftstoffpumpe angeordnet sind, eine Einsparung einer Eingangsleitung bei dem Steuergerät.

Des weiteren können diese Temperatursensoren, die direkt im Steuerge­ rät angeordnet sind, einen wesentlich einfacheren Aufbau aufweisen, als extern angeordnete Temperatursensoren. Als Temperatursensor kann jedes temperaturempfindliche Element des Steuergeräts insbesondere des Hybridschaltkreises herangezogen werden. Bevorzugt werden tempe­ raturempfindliche Widerstände eingesetzt. Es ist aber auch der Ein­ satz anderer temperaturempfindlicher Bauteile möglich. Die Tempera­ tursensoren werden vorzugsweise in den Hybridschaltkreis integriert. Somit ergeben sich wesentliche Kosteneinsparungen.

Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise ergibt sich nur eine rela­ tiv ungenaue Temperaturkompensation. Und dies auch nur im stationä­ ren Betriebszustand. Dies beruht darauf, daß zum einen immer eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Steuergerät und der Kraftstofftemperatur besteht. Ferner ändert sich bei einem Lastwech­ sel wie einer Beschleunigung oder einer Verzögerung die Temperatur des Kraftstoffes. Dabei stellt sich die Temperatur im Elementraum, bei einer Änderung des Betriebszustandes, erst nach einer gewissen Verzögerungszeit auf einen neuen Wert ein. Insbesondere gilt dies für die Temperatur im Steuergerät, die sich erst verzögert gegenüber der Elementraumtemperatur einstellt. Die Temperaturänderung des Kraftstoffes wirkt sich erst nach einer bestimmten Zeit auf den Temperatursensor im Steuergerät aus.

Um diese Fehler insbesondere in dynamischen Betriebszuständen aus­ zugleichen, ist eine weitere Korrektur vorgesehen. Hierzu sind in dem Kennfeld 240 abhängig von der Kraftstoffmenge QK und der Dreh­ zahl N Korrekturwerte abgelegt. Diese Korrekturwerte geben die sich im stationären Betriebszustand einstellende Temperaturdifferenz zwi­ schen Elementraum und dem Temperatursensor im Steuergerät an. Diese gelangen dann über das DT1-Glied 245 zu dem Verknüpfungspunkt 235. In dem Kennfeld 240 sind die Temperaturwerte abgelegt, die sich bei vorgegebener Kraftstoffmenge und Drehzahl üblicherweise ergeben.

Das DT1-Glied 245 berücksichtigt den verzögerten Temperaturanstieg im Temperatursensor. Mit dieser Kombination aus Kennfeld 240 und DT1-Glied 245 kann ausgehend von der erfaßten Drehzahländerung und/oder der Änderung der Kraftstoffmenge QK eine kontinuierliche dynamische Temperaturnachbildung erreicht werden.

Um die Temperaturerfassung weiter zu verbessern, ist in einem beson­ ders vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß mehrere Temperatursensoren im Steuergerät bzw. im Hybridschaltkreis angeord­ net sind. Ausgehend von Temperaturwerten an unterschiedlichen Stel­ len im Steuergerät berechnet dann die Temperaturberechnung 250 gemäß einem Modell des Wärmeübergangs zwischen Kraftstoff und den Tempera­ tursensoren die Kraftstofftemperatur TE im Elementraum der Kraft­ stoffpumpe.

In Fig. 3 ist ein Modell dargestellt mit dem die Temperatur im Ele­ mentraum der Kraftstoffpumpe berechnet werden kann. In der Wärmeleh­ re ist es möglich; entsprechend wie in der Elektrizitätslehre Wärme­ widerstände zu definieren. Hierbei entspricht der Temperaturunter­ schied der Spannung, der Wärmefluß dem Strom.

Mit 300 ist eine Wärmequelle bezeichnet. Der Punkt 310 weist die Elementraum-Temperatur TE auf. Über einen ersten Wärmewiderstand R1 fließt Wärme über die Kraftstoffleitung 115 ab. Über einen zweiten Wärmewiderstand R2 fließt Wärme zu einer ersten Temperaturmeßstelle 330, an der die Temperatur TH1 gemessen wird. Zwischen der ersten Temperaturmeßstelle 330 und einer zweiten Temperaturmeßstelle 340, an der die Temperatur TH2 erfaßt wird, besteht ein dritter Wärmewi­ derstand R3. Zwischen der zweiten Temperaturmeßstelle 340 und der Umgebung 350 liegt ein vierter Wärmewiderstand R4. Ferner besteht zwischen der ersten Temperaturmeßstelle 330 der Umgebung 350 ein Wärmewiderstand R5.

Die Temperatur TE im Elementraum ergibt sich gemäß der Formel

TE = TH1 + (TH1-TH2) _* (R1+R2) _* (R3+R4+R5)/(R3 _* R5)

Gemäß dieser Formel berechnet die Temperaturberechnung 250 die Kraftstofftemperatur im Elementraum, die dann anstelle der direkt erfaßten Hybridtemperatur verwendet wird.

Vorzugsweise werden die einzelnen Widerstände abhängig von verschie­ denen Betriebszuständen wie zum Beispiel der Drehzahl oder der Fahr­ pedalstellung gewählt. Auch kann vorgesehen sein, daß die Widerstän­ de zeitabhängig gewählt werden. Bei einer entsprechenden Vorgabe der Widerstände kann auf das zweite Kennfeld 240 und das Verzögerungs­ glied 245 verzichtet werden.

Zur Steigerung der Genauigkeit ist es möglich mehr als zwei Tempera­ tursensoren vorzusehen. In diesem Fall ist die angegebene Formel entsprechend zu modifizieren.

Claims (8)

1. Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraft­ maschine (100), wobei die Einrichtung ein Steuergerät (110) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein im Steuergerät (130) an­ geordneter Temperatursensor (140, 143, 146) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindliches Element (140, 143, 146) des Steuergeräts (130) als Temperatursensor verwendet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindliches Element (140, 143) eines Hybridschalt­ kreises (133) des Steuergeräts (130) als Temperatursensor verwendet wird.

4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ausgehend von der Temperatur des Steuergeräts auf die zu messende Temperatur geschlossen wird.

5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (240, 245) vorgesehen sind, die den Temperatur­ unterschied zwischen der zu messenden Temperatur und der Temperatur im Steuergerät, sowie die zeitliche Änderung der Temperatur bei Änderungen wenigstens einer Betriebskenngröße berücksichtigen.

6. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Temperatursensoren zur Erfassung von Temperatur­ werten vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus­ gehend von wenigstens zwei, an unterschiedlichen Stellen des Steuer­ geräts erfaßten, Temperaturwerten mittels eines Modells die zu messende Temperatur (TE) berechenbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei der zu messenden Temperatur um die Kraft­ stofftemperatur handelt.