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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung
einer Brennkraftmaschine.
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Eine
solche Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine
ist aus der
DE 26 50
246 A1 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zur Steuerung
der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben,
bei der neben anderen Betriebskenngrößen auch die Kraftstofftemperatur
berücksichtigt
wird.
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Aus
der
EP 0 316 581 A1 ist
eine Kraftstoffpumpe für
eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein elektrischer Temperaturfühler vorgesehen
ist. Dieser ist im Stellwerkraum angeordnet und taucht mit einem
temperaturempfindlichen Sensorelement in einen vom Pumpeninnenraum
abgeleiteten permanenten Kraftstofffluss ein. Aus der WO 91/12428
A1 ist eine Steuereinrichtung für
ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem mittels eines Temperatursensors,
der im Gehäuse
des Steuergeräts
angeordnet ist, die Temperatur der Brennkraftmaschine ermittelt
wird. Einen Hinweis dahingehend, dass mittels eines Temperatursensors
in einem Steuergerät
die Temperatur des Kraftstoffes ermittelbar ist, kann der Fachmann dieser
Schrift nicht entnehmen.
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Aus
der
EP 0 309 986 ist
ebenfalls eine Steuereinrichtung für einen Kraftfahrzeug bekannt,
bei dem in einem Steuergerät
ein Sensorelement zur Erfassung der Temperatur vorgesehen ist. Dabei
erfasst das Sensorelement die Kühlwassertemperatur.
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Bei
einer Erfassung der Kraftstofftemperatur unmittelbar in der Kraftstoffpumpe
ist ein Temperatursensor sowie eine Verbindungsleitung zum Steuergerät erforderlich.
Dieser zusätzliche
Temperatursensor einschließlich
der Leitungen sowie die Anschlüsse
an das Steuergerät
verursachen erhebliche Kosten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und kostengünstige Einrichtung
zu schaffen, die eine möglichst
genaue Berücksichtigung
der Kraftstofftemperatur ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung
hat gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Kraftstofftemperatur
sehr einfach, kostengünstig
und mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Vorteilhafte und
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform
erläutert.
Es zeigen 1 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung, 2 ein
Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Korrektur
der Kraftstoffmenge abhängig
von der Kraftstofftemperatur und 3 ein Modell
für die
Wärmeübergangswiderstände des Kraftstoffzumeßsystems.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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Als
Ausführungsbeispiel
wurde eine Dieselbrennkraftmaschine gewählt, bei der das Steuergerät unmittelbar
an der Kraftstoffpumpe angeordnet ist. Die erfindungsgmäße Einrichtung
kann aber auch bei anderen Brennkraftmaschinentypen verwendet werden,
bei denen das Steuergerät zur
Steuerung der Kraftstoffmenge in unmittelbarer Nähe der Kraftstoffzumeßeinrichtung
angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann generell
bei allen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen eine
bekannte Beziehung zwischen der Temperatur im Steuergerät und der
Kraftstofftemperatur besteht.
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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 erfindungsgemäße 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
definierter Zusammenhang zwischen der Temperatur im Steuergerät und der
zu messenden Temperatur besteht. Auch kann die Einrichtung bei anderen
Brennkraftmaschinentypen eingesetzt werden, insbesondere zur Steuerung
der Leistungsabgabe über
die Stellung der Drosselklappe, des Zündzeitpunktes oder der zuzumessenden Kraftstoffmenge.
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Die 1 zeigt
grob schematisch das erfindungsgemäße Zumeßsystem. Eine Brennkraftmaschine 100 erhält über eine
Hochdruckkraftstoffleitung 105 von einer Kraftstoffpumpe 110 den
für die Verbrennung
notwendigen Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt. von einem
Kraftstoffvorratsbehälter 120,
der auch als Tank bezeichnet wird über eine Niederdruckleitung 115 zu
der Kraftstoffpumpe 110.
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An
der Kraftstoffpumpe 110 ist ein Steuergerät 130 angeordnet.
Dieses Steuergerät
umfaßt
unter anderem wenigstens einen Hybridschaltkreis 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 gutem 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.
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Ausgehend
von verschiedenen Betriebskenngrößen, die
mittels der Sensoren 150 erfaßt werden, berechnet das Steuergerät 130 Ansteuersignale zur
Beeinflussung der Kraftstoffpumpe. Als Betriebskenngrößen werden
neben anderen Größen insbesondere
Signale bzgl. der Fahrpedalstellung und der Drehzahl erfaßt. Abhängig von
den Ansteuersignalen mißt
die Kraftstoffpumpe der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu. Die Ansteuersignale
bestimmen dabei den genauen Einspritzbeginn und über das Einspritzende die genaue
Einspritzmenge.
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Um
eine möglichst
emmissionsfreie Verbrennung erzielen zu können, muß bei vorgegebenen Bedingungen
eine vorgegebene Kraftstoffmasse möglichst exakt zugemessen werden.
Da die herkömmlichen
Kraftstoffpumpen nur ein definiertes Kraftstoffvolumen zumessen
können,
muß bei
der Bestimmung der Ansteuersignale die Temperatur des Kraftstoffs
in der Kraftstoffpumpe berücksichtigt
werden, damit eine genaue Kraftstoffzumessung erzielt werden kann.
Eine besonders präzise
Zumessung ergibt sich, wenn die Temperatur des Kraftstoffs im Elementraum
der Kraftstoffpumpe berücksichtigt
wird.
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In 2 sind
die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumeßsystems, 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 weiteren Eingang das Drehzahlsignal N zugeführt wird.
Das Ausgangssignal DQK des Mengenkorrektur-Kennfeldes 215 gelangt
zu einem Verknüpfungspunkt 220,
der wiederum mit dem Verknüpfungspunkt 205 in
Verbindung steht. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 220 liegt
das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 235.
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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.
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Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt: Ausgehend von der Fahrpedalstellung
FP und der Drehzahl N gibt die Mengenberechnung 200 die
einzuspritzende Kraftstoffmenge QK vor. In der einfachsten Ausführungsform
besteht die Temperaturberechnung 250 lediglich aus einem
Temperatursensor. Dieser Temperatursensor ist im Steuergerät insbesondere auf
dem Hybridschaltkreis angeordnet. Vorzugsweise dient ein temperaturempfindliches
Bauteil des Hybridschaltkreises als Temperatursensor. Dieser Temperatursensor
mißt die
Hybridtemperatur TH. Es wird nun angenommen, daß die Hybridtemperatur der Kraftstofftemperatur
TE entspricht.
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Im
Verknüpfungspunkt 235 wird
die Differenz aus einer Referenztemperatur TR und der Hybridtemperatur
TH bestimmt. Die Referenztemperatur TR ist im Referenztemperaturspeicher 255 abgelegt und
entspricht derjenigen Temperatur, bei der das Mengenkennfeld der
Mengenberechnung 200 aufgenommen wurde.
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Am
Ausgang des Verknüpfungspunktes 235 liegt
nun ein Signal DT an, das die Abweichung zwischen der Referenztemperatur
TR und der Kraftstofftemperatur angibt. Diese Größe wird als Differenztemperatur
DT bezeichnet.
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Abhängig von
der Drehzahl N und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QK ist im
Mengenkorrekturkennfeld 215 eine Korrekturmenge DQK abgelegt.
Diese Korrekturmenge gibt an, um welchen Betrag die Kraftstoffmenge
QK je Grad Abweichung zwischen der Kraftstofftemperatur und Referenztemperatur
TR zu korrigieren ist.
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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.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
Verknüpfungspunkt 220 die
beiden Eingangssignale multiplikativ verknüpft. Im Verknüpfungspunkt 205 wird
dann die Korrekturmenge KQK zur Kraftsoffmenge QK der Mengenberechnung 200 hinzuaddiert.
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Die
Endstufe 210 setzt die korrigierte Kraftstoffmenge QKK
in Ansteuersignale 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
entspricht, 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.
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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.
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Dadurch,
daß der
bzw. die Temperatursensoren innerhalb des Steuergeräts 130 angeordnet sind,
ergibt sich gegenüber
bekannten Systemen, bei denen ein seperater Temperatursensor. zur
Erfassung der Kraftstofftemperatur außerhalb des Steuergeräts in der
Kraftstoffpumpe angeordnet sind, eine Einsparung einer Eingangsleitung
bei dem Steuergerät.
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Desweiteren
können
diese Temperatursensoren, die direkt im Steuergerät 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 temperaturempfindliche Widerstände eingesetzt.
Es ist aber auch der Einsatz anderer temperaturempfindlicher Bauteile
möglich.
Die Temperatursensoren werden vorzugsweise in den Hybridschaltkreis
integriert. Somit ergeben sich wesentliche Kosteneinsparungen.
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Mit
der oben beschriebenen Vorgehensweise ergibt sich nur eine relativ
ungenaue Temperaturkompensation. Und dies auch nur im stationären Betriebszustand.
Dies beruht darauf, daß zum
einen immer eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im
Steuergerät
und der Kraftstofftemperatur besteht. Ferner ändert sich bei einem Lastwechsel
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 sicherst nach einer bestimmten Zeit auf den Temperatursensor
im Steuergerät
aus.
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Um
diese Fehler insbesondere in dynamischen Betriebszuständen auszugleichen,
ist eine weitere Korrektur vorgesehen. Hierzu sind in dem Kennfeld 240 abhängig von
der Kraftstoffmenge QK und der Drehzahl N Korrekturwerte abgelegt.
Diese Korrekturwerte geben die sich im stationären Betriebszustand einstellende
Temperaturdifferenz zwischen 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.
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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.
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Um
die Temperaturerfassung weiter zu verbessern, ist in einem besonders
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
vorgesehen, daß mehrere
Temperatursensoren im Steuergerät
bzw. im Hybridschaltkreis angeordnet sind. Ausgehend von Temperaturwerten an
unterschiedlichen Stellen im Steuergerät berechnet dann die Temperaturberechnung 250 gemäß einem
Modell des Wärmeübergangs
zwischen Kraftstoff und den Temperatursensoren die Kraftstofftemperatur
TE im Elementraum der Kraftstoffpumpe.
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In 3 ist
ein Modell dargestellt mit dem die Temperatur im Elementraum der
Kraftstoffpumpe berechnet werden kann. In der Wärmelehre ist es möglich, entsprechend
wie in der Elektrizitätslehre,
Wärmewiderstände zu definieren.
Hierbei entspricht der Temperaturunterschied der Spannung, der Wärmefluß dem Strom.
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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 Wärmewiderstand
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.
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Die
Temperatur TE im Elementraum ergibt sich gemäß der Formel TE
= TH1 + (TH1 – TH2)∙(R1+R2)∙(R3+R4+R5)/(R3∙R5)
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Gemäß dieser
Formel berechnet die Temperaturberechnung 250 die Kraftstofftemperatur
im Elementraum, die dann anstelle der direkt erfaßten Hybridtemperatur
verwendet. wird.
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Vorzugsweise
werden die einzelnen Widerstände
abhängig
von verschiedenen Betriebszuständen
wie zum Beispiel der Drehzahl oder der Fahrpedalstellung gewählt. Auch
kann vorgesehen sein, daß die
Widerstände
zeitabhängig
gewählt
werden. Bei einer entsprechenden Vorgabe der Widerstände kann
auf das zweite Kennfeld 240 und das Verzögerungsglied 245 verzichtet
werden.
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Zur
Steigerung der Genauigkeit ist es möglich mehr als zwei Temperatursensoren
vorzusehen. In diesem Fall ist die angegebene Formel entsprechend
zu modifizieren.