DE4232974C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen des Drehmoments eines Ottomotors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen des Drehmoments eines OttomotorsInfo
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Description
Das folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Einstellen des Drehmoments eines Verbren
nungsmotors mit Luftzumeßeinrichtung, d. h. eines Ot
tomotors.
Bevor auf bekannte Verfahren und Vorrichtungen
dieser Art eingegangen wird, seien zunächst anhand der
Fig. 7 und 8 verschiedene Begriffe erläutert. Fig. 7 zeigt
für drei verschiedene Drosselklappenwinkel α1 < α2 <
α3 den jeweiligen Zusammenhang zwischen der Dreh
zahl n und dem Drehmoment M des Motors. Die Ver
läufe gelten alle für denselben konstanten Zündwinkel
ZW. Wie es wohlbekannt ist, nimmt das Drehmoment
mit zunehmender Drehzahl ab und verkleinert den
Drosselklappenwinkel α (verringerter Luftmassen
strom). Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Drehmomen
tes M vom Zündwinkel ZW bei konstanter Drehzahl n
und konstantem Drosselklappenwinkel α. Es ist erkenn
bar, daß für einen bestimmten Zündwinkel maximales
Drehmoment erzielt wird.
In den Fig. 7 und 8 ist der konstante Zündwinkel, bei
dem die Messungen gemäß Fig. 7 erfolgten, mit
ZW_APP bezeichnet. "APP" zeigt an, daß es sich um
eine bei einer Applikation konstant gehaltene Größe
handelt. Eine Applikation ist ein Vorgang, bei dem die
Veränderung des Wertes einer bestimmten Größe eines
Motors, z. B. des Drehmomentes abhängig von der Ver
änderung des Wertes einer anderen Größe, z. B. der
Drehzahl, gemessen wird, wobei möglichst viele Para
meter konstant gehalten werden, z. B. der Zündwinkel.
Aus der Zusammenschau der Fig. 7 und 8 ist erkennbar,
daß die Kurven von Fig. 7 bei einem Zündwinkel aufge
nommen wurden, der bei der in Fig. 8 ausgewählten
Drehzahl und dem dort ausgewählten Drosselklappen
winkel nicht zu maximalen Drehmoment führt. Eine
Kurve wie die von Fig. 8 ermöglicht es, ausgehend von
einem Drehmoment, wie es aus Fig. 7 ablesbar ist, dasje
nige Drehmoment zu ermitteln, wie es bei einem ande
ren Zündwinkel als denjenigen vorliegt, für den die Kur
ven gemäß Fig. 7 appliziert wurden. In der folgenden
Beschreibung wird häufig davon gesprochen, daß ein
Drehmoment auf einen Soll-Zündwinkel normiert wird.
Dies bedeutet, daß mit Hilfe eines Zusammenhangs ge
mäß Fig. 8 das Drehmoment ermittelt wird, wie es beim
Soll-Zündwinkel vorliegen würde, wenn das Drehmo
ment bei einem aktuellen Zündwinkel bekannt ist.
Nachfolgend wird häufig von einer Luftzumeßein
richtung gesprochen. Als Luftzumeßeinrichtung kommt
bei derzeitigen Ottomotoren in erster Linie eine Dros
selklappe in Frage. Zusätzlich zur Drosselklappe kann
eine Bypassleitung mit einstellbarem Luftdurchsatz vor
handen sein, welche Bypasseinrichtung zusätzlich zur
Drosselklappe zur Lufteinstellung verwendet wird.
Schließlich ist es auch möglich, den in die Verbren
nungskammern gesaugten Luftmassefluß durch variable
Einlaßventil-Steuerzeiten einzustellen, wie dies z. B. in
DE 39 40 752 A1 beschrieben ist.
In der nicht vorveröffentlichen deutschen Patentan
meldung DE 41 11 023 C2 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Vorgeben des Drehmoments eines
Verbrennungsmotors beschrieben. Dieses Verfahren
beruht u. a. auf der Überlegung, daß ein Fahrer durch
die Fahrpedalstellung ein gewisses Radantriebsmoment
vorgibt. Dieses gewünschte Radantriebsmoment erfor
dert ein bestimmtes Motordrehmoment, das jedoch
nicht nur vom gewünschten Radantriebsmoment ab
hängt, sondern z. B. noch davon, welche Momente für
das Antreiben von Zusatzeinrichtungen, z. B. einer Kli
maanlage oder einer Lichtmaschine aufzubringen sind,
und davon, wieviel Reibungsenergie zu überwinden ist,
welche Größe insbesondere von der Motortemperatur
abhängt. Das Motordrehmoment wird daher nicht allein
abhängig von der Fahrpedalstellung bestimmt, die letzt
endlich nur das gewünschte Radantriebsmoment vor
gibt, sondern es wird abhängig von vielen Größen be
stimmt.
Beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß der ge
nannten nicht vorveröffentlichten deutschen Patentan
meldung wird der Luftmassefluß (bei einem Ottomotor)
oder der Kraftstofffluß (bei einem Dieselmotor) abhän
gig vom gewünschten Motordrehmoment gesteuert. Es
wird keine Information ausgewertet, die anzeigen wür
de, ob das gewünschte Soll-Drehmoment auch tatsäch
lich erreicht wird. Daher ist es ohne weiteres möglich,
daß das Ist- vom Soll-Drehmoment abweicht.
Es bestand demgemäß das Problem, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzu
geben, die so ausgebildet sind, daß das Ist- möglichst
genau mit dem Soll-Drehmoment übereinstimmt.
Aus der DE 37 28 572 A1 ist eine Einrichtung zur Vortriebsregelung
an Kraftfahrzeugen bekannt, bei welchem zur Verminderung des
Antriebsdrehmoments ein Eingriff in Zündung, Kraftstoffeinspritzung
und/oder Bremsen des Fahrzeugs bewirkt wird. Dabei wird ein
Motorausgangsdrehmoment bestimmt, welches über ein Motorkennfeld,
die Motordrehzahl und das Übersetzungsverhältnis in Werte für
Zündwinkel und Drosselklappenwinkel umgesetzt wird. Auch hier fehlt
eine Information darüber, ob das gewünschte Solldrehmoment auch
tatsächlich erreicht wird, so dass auch mit dieser bekannten Lösung
eine genaue Einstellung des Drehmoments nicht sichergestellt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merk
male von Anspruch 1 gegeben, die erfindungsgemäße
Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 7. Vor
teilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche 2-6.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs
gemäße Vorrichtung arbeiten so, daß sie das Ist-Dreh
moment nicht nur durch Veränderung der Luftzufuhr
sondern auch durch Verändern des Zündwinkels unter
Verwendung einer Rückkopplung einstellen. Rückge
koppelt wird jedoch nicht das aktuelle Ist-Drehmoment,
sondern das auf den Soll-Zündwinkel normierte Ist-
Drehmoment, wobei der Soll-Zündwinkel derjenige
Zündwinkel ist, der für die aktuellen Betriebsbedingun
gen des Motors als optimaler (nach Leistung oder Ver
brauch) Zündwinkel appliziert ist. Die Drehmomentab
weichung zwischen dem Soll-Drehmoment und dem
normierten Ist-Drehmoment wird integriert und mit
dem Integrationswert wird das Soll-Drehmoment modi
fiziert, um ein Effektiv-Drehmoment zu erhalten, das
zum Bestimmen eines Wertes dient, mit dem die Luft
meßzueinrichtung angesteuert wird.
Diese besondere Wahl der Rückkopplung und die In
tegration der Drehmomentabweichung haben zur Fol
ge, daß eine vom applizierten Zündwinkel nach dem
Vornehmen einer Änderung des Soll-Drehmoments
vorliegende Abweichung des aktuellen Zündwinkels all
mählich auf Null zurückgestellt wird, so daß schließlich
das Soll-Drehmoment beim applizierten, also beim opti
malen Zündwinkel allein unter entsprechender Einstel
lung der Luftzumeßeinrichtung erhalten wird. Der Vor
teil dieser Vorgehensweise liegt darin, daß große Ände
rungen des Drehmoments auf jeden Fall über die Luft
menge eingestellt werden, während eine sehr schnelle
Feinanpassung mit Hilfe des Zündwinkels erfolgt. Nach
der schnellen Feinanpassung durch den Zündwinkel
wird auch diese Feinanpassung allmählich über die Luft
zufuhr vorgenommen, wobei die Feinanpassung durch
den Zündwinkel rückgängig gemacht wird, so daß letzt
endlich wieder der optimale, applizierte Soll-Zündwinkel
vorliegt.
Der genannte Rückkopplungswert kann auf verschie
dene Arten ermittelt werden. Eine besteht darin, das
Ist-Drehmoment des Motors mit einem Sensor zu mes
sen, gleichzeitig den aktuellen Zündwinkel zu bestim
men, und ausgehend von diesen Werten das Drehmo
ment zu bestimmen, wie es beim Soll-Zündwinkel vor
liegen würde. Eine andere Möglichkeit, die ohne Dreh
momentsensor auskommt, liegt darin, den Luftmasse
fluß zu bestimmen, der in die Verbrennungskammern
gesaugt wird und aus diesem Luftmassefluß mit Hilfe
eines für den Soll-Zündwinkel applizierten Zusammen
hangs mit dem Motordrehmoment das letztere als
Rückkopplungswert zu bestimmen.
Die Erfindungen werden nachstehend anhand der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläu
tert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Vorrichtungs/Funktions-Diagramm für ein
erfindungsgemäßes System;
Fig. 2 ein Vorrichtungs/
Funktions-Diagramm für ein System, das eine Vorstufe
zum erfindungsgemäßen System gemäß Fig. 1 ist;
Fig. 3
ein Vorrichtungs/Funktions-Diagramm für ein Teilsy
stem zum Bestimmen eines Ansteuerwertes für eine
Luftzumeßeinrichtung;
Fig. 4 ein Vorrichtungs/Funk
tions-Diagramm für ein Teilsystem zum Ermitteln eines
auf einen Soll-Zündwinkel normierten Motordrehmo
ments;
Fig. 5 ein Vorrichtungs/Funktions-Diagramm ei
nes Teilsystems zum Festlegen eines aktuellen Zünd
winkels;
Fig. 6 ein Vorrichtungs/Funktions-Diagramm
eines Teilsystems zum Bestimmen eines Korrekturfak
tors für einen Drehmomentwert;
Fig. 7 ein Diagramm,
das die Abhängigkeit des Drehmoments von der Dreh
zahl zeigt; und
Fig. 8 ein Diagramm, das die Abhängig
keit des Drehmoments von der Drehzahl zeigt; und
Fig. 8 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Drehmo
ments vom Zündwinkel zeigt.
Die Fig. 1-6 sind Diagramme, die sowohl als Funk
tionsdiagramme eines Verfahrens wie auch als Vorrich
tungsdiagramme aufgefaßt werden können. Als Sam
melbegriff für "Verfahren und Vorrichtung" wurde vor
stehend der Begriff "System" verwendet. Die Figuren
sind somit Vorrichtungs/Funktions-Diagramme für Sy
steme im Zusammenhang mit der Erfindung.
Fig. 2 stellt ein Diagramm für eine Vorstufe eines
erfindungsgemäßen Systems dar. Vorrichtungsmäßig
weist das System eine Einrichtung 10 zur Vorgabe eines
Soll-Drehmoments M_SOLL, auf, sowie eine Drossel
klappenwinkel-Bestimmungseinrichtung 11 für den
Drosselklappenwinkel α, einen Motor 12 mit einer
Drosselklappe 13, Verbrennungskammern 14, einer
Zündwinkeleinstelleinrichtung 15 und einer Datenmeß
einrichtung 16, ein Zündwinkel-Kennfeld 17 zum Ausge
ben eines Soll-Zündwinkels ZW_SOLL, ein Zündwin
kelabweichungs-Kennfeld 18 zum Ausgeben einer
Zündwinkelabweichung ΔZW, eine Zündwinkel-Sum
mationseinrichtung 19 und eine Drehmoment-Subtrak
tionseinrichtung 20. Die Datenmeßeinrichtung 16 ver
fügt über drei Teileinrichtungen, nämlich einen Dreh
zahlsensor 21 zum Ausgeben der Motordrehzahl n, ei
nen Luftmassenflußsensor 22 zum Messen des über die
Drosselklappe angesaugten Luftmasseflusses
_DK_IST, und einen Drehmomentsensor 23 zum Mes
sen des vom Motor abgegebenen Gesamtdrehmoments
M_IST, wie es von der Drehzahl, der Füllung und dem
Zündwinkel abhängt.
Nachfolgend wird die Funktion des Systems von
Fig. 2 beschrieben.
Die Einrichtung 10 zur Vorgabe des Soll-Drehmo
mentes gebe zu einem bestimmten Zeitraum ein Soll-
Drehmoment aus, das gegenüber dem zuvor geltenden
Soll-Drehmoment deutlich erhöht sei. Aus der Drossel
klappenwinkel-Bestimmungseinrichtung 11 wird dann
abhängig von der aktuellen Motordrehzahl n ein Dros
selklappenwinkel α ausgelesen, wie er zuvor für einen
bestimmten Zündwinkel für den vorliegenden Motor 12
appliziert wurde. Da angenommen wurde, daß das
Drehmoment erhöht werden soll, wird ein Drosselklap
penwinkel α ausgelesen, der größer ist als der zuvor
eingestellte. Mit diesem Wert wird die Drosselklappe 13
eingestellt. Vom Motor 12 wird dann der Luftmassen
fluß _DK_IST angesaugt, wie dies von der zugehöri
gen Einrichtung 22 gemessen wird. Aufgrund der Ver
brennung des angesaugten Luft/Kraftstoff-Gemisches
in den Verbrennungskammern 14 stellt sich ein Motor
drehmoment M_IST ein, wie es vom zugehörigen Sen
sor 23 gemessen wird. Es sei angenommen, daß die zeit
liche Erhöhung im Soll-Drehmoment größer ist, als sie
durch plötzliches Vergrößern der Öffnung der Drossel
klappe 13 realisiert werden kann. Dann liegt das Ist-
Drehmoment M_IST unter dem Soll-Drehmoment
M_SOLL, wodurch die in der Drehmoment-Subtrahie
reinrichtung 20 gebildete Drehmomentabweichung ΔM
positiv ist. Aus dem Zündwinkelabweichungs-Kennfeld
18 wird eine zugehörige Zündwinkelabweichung ΔZW
ausgelesen. Gleichzeitig wird aus dem Zündwinkelkenn
feld 17 abhängig von der aktuellen Motordrehzahl n und
dem angesaugten Luftmassefluß _DK_IST ein Zünd
winkel ZW_SOLL ausgelesen, zu dem in der Zündwin
kel-Addiereinrichtung 19 die Zündwinkelabweichung
ΔZW addiert wird, um den aktuell einzustellenden
Zündwinkel ZW_AKT zu erhalten. Das Vorzeichen der
Zündwinkelabweichung ΔZW ist dabei so gewählt, daß
es beim Zündwinkel ZW_AKT zu einem größeren
Drehmoment kommt, als beim Zündwinkel ZW_SOLL.
Würde in Fig. 8 der applizierte Zündwinkel ZW_APP
dem Soll-Zündwinkel ZW_SOLL entsprechen, müßte
ΔZW positiv sein, um eine Momentenerhöhung zu be
wirken.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß mit Hilfe
einer Zündwinkeländerung schnell diejenige Drehmo
mentänderung bewirkt werden kann, die durch eine Än
derung des Luftmasseflusses nicht realisierbar ist. Pro
blematisch beim System gemäß Fig. 2 ist jedoch, daß die
Abweichung des aktuellen Zündwinkels vom Soll-Zünd
winkel nicht rückgängig gemacht wird, wenn der neue
Soll-Drehmomentwert einige Zeit erhalten bleibt. Die
ser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße System
gemäß Fig. 1 überwunden.
Das System gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von dem
gemäß Fig. 2 durch zwei zusätzliche Einrichtungen und
eine abgeänderte Einrichtung. Zusätzlich sind eine
Drehmoment-Korrektureinrichtung 24 und ein Inte
grierer 25 vorhanden. Abgeändert ist die Einrichtung
zur Erfassung des Drehmoments. Es handelt sich nicht
mehr um einen Drehmomentsensor 23, sondern um eine
Ermittlungseinrichtung 26 zum Ermitteln eines abge
schätzten zündwinkelnormierten Drehmoments
_ZWNORM. Die Funktion dieses Systems ist die fol
gende.
Es sei wieder eine Drehmomenterhöhung zu einem
bestimmten Zeitpunkt angenommen. Die Integrations
einrichtung 25 gebe zu diesem Zeitpunkt den Integra
tionswert M_INT Null aus. Dieser Integrationswert
wird in der Drehmomentkorrektureinrichtung 24 zum
Soll-Drehmoment M_SOLL addiert, um das effektive
Drehmoment M_EFF zu bilden. Mit diesem wird nun,
statt unmittelbar mit dem Soll-Drehmoment M_SOLL,
wie beim System gemäß Fig. 2, die Drosselklappenwin
kel-Bestimmungseinrichtung 11 angesteuert. Die sich
anschließenden Abläufe stimmen mit denen anhand von
Fig. 2 erläuterten überein. Der Motor gibt wieder das
Drehmoment M_IST aus, das nun jedoch nicht ermittelt
wird. Vielmehr wird auf eine Art und Weise, wie sie
weiter unten von Fig. 4 erläutert wird, das zündwinkel
normierte Drehmoment _ZWNORM ermittelt. Die
ses wird in der Drehmoment-Subtraktionseinrichtung
20 statt des Ist-Drehmomentes M_IST verwertet. Es sei
angenommen, daß das zündwinkelnormierte Drehmo
ment kleiner ist als das Soll-Drehmoment, wodurch wie
derum eine positive Momentenabweichung ΔM erhal
ten wird. Diese wird zündwinkelseitig durch die Einrich
tungen 17, 18 und 19 verarbeitet, wie oben anhand von
Fig. 2 beschrieben. Zusätzlich kann noch eine Verarbei
tung in einer Einrichtung 27 zur Zündwinkelbeschrän
kung erfolgen, worauf jedoch erst weiter unten anhand
von Fig. 5 eingegangen wird.
Außer zur Zündwinkelveränderung wird die Dreh
momentabweichung ΔM noch zur Momenteneinstel
lung verwendet. Die Abweichung wird nämlich in der
Integrationseinrichtung 25 aufintegriert und der Inte
grationswert M_INT wird, wie bereits angegeben, in der
Drehmoment-Korrektureinrichtung 24 zum Soll-Dreh
moment M_SOLL addiert. Wenn die Drehmomentab
weichung ΔM nicht nur vorübergehend ungleich Null
ist, z. B. wegen eines dynamischen Übergangsverhal
tens, sondern wenn sie z. B. wegen einer Ungenauigkeit
in der Drosselklappenwinkel-Bestimmungseinrichtung
11 über längere Zeit von Null abweicht, wird das effekti
ve Drehmoment M_EFF gegenüber dem Soll-Drehmo
ment M_SOLL soweit erhöht, daß das zündwinkelnor
mierte Drehmoment _ZWNORM schließlich mit dem
Soll-Drehmoment M_SOLL übereinstimmt, wodurch
die Momentenabweichung ΔM schließlich Null wird.
Der Integrationswert M_INT wird dann nicht weiter
verändert. Zugleich nimmt die Zündwinkelabweichung
ΔZW den Wert Null an. Damit stimmt der aktuelle
Zündwinkel ZW_AKT mit dem Soll-Zündwinkel
ZW_SOLL überein, der so appliziert ist, daß er zu opti
malem Motorverhalten (wahlweise nach Leistung oder
Verbrauch) führt. Die Abweichung vom optimalen
Zündwinkel ist damit nur vorübergehend, um möglichst
schnell das neu gewünschte Soll-Drehmoment einzu
stellen. Die schnell mit Hilfe der Zündwinkelverstellung
vorgenommene Momentenänderung wird dann allmäh
lich mit Hilfe des Integrationswertes M_INT und damit
der Luftmassenflußeinstellung übernommen.
Es sei darauf hingewiesen, daß im Zündwinkelabwei
chungs-Kennfeld 18 nicht nur eine Kennlinie gespei
chert sein kann, die den Zusammenhang zwischen der
Drehmomentabweichung ΔM und der Zündwinkelab
weichung ΔZW zweidimensional wiedergibt, sondern es
kann sich um ein höherdimensionales Kennfeld handeln,
bei dem z. B. noch die Motordrehzahl n und/oder der
gemessene Luftmassenfluß _DK_IST berücksichtigt
werden.
Anhand von Fig. 3 wird nun ein Beispiel für eine sehr
genaue Einstellung des Drosselklappenwinkels α abhän
gig vom Soll-Drehmoment M_SOLL beschrieben. Ge
mäß Fig. 3 verfügt die Drosselklappenwinkel-Bestim
mungseinrichtung 11 über folgende Einrichtungen: ein
Masseflußkennfeld 28, eine Modelleinrichtung 29, einen
Luftmasseregler 30, ein Drosselklappenwinkel-Kenn
feld 31, eine Temperaturkompensationseinrichtung 32,
eine Massefluß-Subtrahiereinrichtung 33, sowie eine er
ste und eine zweite Multipliziereinrichtung 34.1 bzw.
34.2. Das Masseflußkennfeld 28 erhält die aktuellen
Werte für das Soll-Drehmoment M_SOLL und die Mo
tordrehzahl n, und es gibt abhängig von diesen Werten
einen bei einem bestimmten Zündwinkel ZW_APP ap
plizierten SOLL-Luftmassefluß _MOD_SOLL aus,
wie er von den Verbrennungskammern anzusaugen ist,
um das gewünschte Soll-Drehmoment bei der aktuellen
Drehzahl zu erreichen, wenn der Applikationszündwin
kel vorliegt. Nun ist es so, daß sich der durch die Dros
selklappe strömende Luftmassefluß bei dynamischen
Vorgängen von dem in die Kammern zu saugenden Fluß
unterscheidet, wobei die dynamische Abhängigkeit des
in die Kammern gesaugten Flusses von dem durch die
Drosselklappe strömenden Fluß durch ein sogenanntes
Füllungsmodell wiedergegeben wird. Solche Füllungs
modelle sind wohl bekannt. In diesem Zusammenhang
wird beispielhaft auf einen Artikel von C. F. Aquino ver
wiesen, wie er unter dem Titel "Transient A/F Control
Characteristics of the 5 Liter Central Fuel Injection En
gine" in SAE-Papers 810494, 1981, Seiten 1-15 erschie
nen ist. Im vorliegenden Fall geht es gerade um den
umgekehrten Zusammenhang, weswegen die Modell
einrichtung 29 nach einem inversen Filtermodell arbei
tet. Sie gibt dann den Soll-Luftmassefluß _DK_SOLL
aus, wie er durch die Drosselklappe strömen muß, um
den von den Verbrennungskammern anzusaugenden
Soll-Luftmassefluß _MOD_SOLL zu erhalten. Der
Sollwert _DK_SOLL wird dann in den zwei Multipli
ziereinrichtungen 34.1 und 34.2 korrigiert, was weiter
unten beschrieben wird, und der korrigierte Wert steu
ert zusammen mit dem aktuellen Wert der Motordreh
zahl n das Drosselklappenwinkel-Kennfeld 31 an, das
daraufhin den Drosselklappenwinkel α ausgibt, der ei
nen Luftmassefluß bewirken soll, bei dem sich das Soll-
Drehmoment M_SOLL einstellt.
Die in den Multipliziereinrichtungen 34.1 und 34.2
vorgenommenen Korrekturen sind lediglich Feinkor
rekturen, die ohne jeden Einfluß auf die grundsätzliche
Funktion der Erfindung weggelassen werden können.
Die Temperaturkompensationseinrichtung 32 berück
sichtigt z. B., daß dann, wenn die verschiedenen Kenn
felder z. B. bei 20°C appliziert wurden, die aktuelle
Temperatur aber höher liegt, die Drosselklappe weiter
geöffnet werden muß, um bei dieser höheren Tempera
tur denselben Luftmassefluß zu erzielen wie bei der
Applikationstemperatur von 20°C. Sie wird also mit zu
nehmender Temperatur einen gegenüber dem Wert 1
ansteigenden Korrekturfaktor ausgeben, mit dem der
Soll-Luftmassefluß in der Multipliziereinrichtung 34.2
multipliziert wird. Der Luftmasseregler 30, die Luftmas
sefluß-Subtraktionseinrichtung 33 und die erste Multi
pliziereinrichtung 34.1 berücksichtigen dagegen Dichte
änderungen der Luft, die nicht temperaturbedingt sind,
also z. B. von Höhenänderungen oder Wetteränderun
gen herrühren. Dazu wird in der Massefluß-Subtrak
tionseinrichtung ein Vergleich zwischen dem Ist- und
dem Sollluftmassefluß vorgenommen. Die zugehörige
Luftmasseflußabweichung Δ_DK = _DK_SOLL -
_DK_IST wird an den Luftmasseregler 30 gegeben,
der die Abweichung z. B. ausgehend vom Wert Eins
integriert. Der Integrationswert wird an die erste Multipliziereinrichtung
34.1 als Faktor für die Multiplikation
mit dem Soll-Luftmassefluß gegeben. Wenn der Luft
masseregler 30 ausgehend vom Wert Null integriert,
wird statt einer Multipliziereinrichtung eine Addierein
richtung zur Korrektur verwendet. Der Luftmassereg
ler 30 kann außer einem I-Anteil noch einen P- und/oder
einen D-Anteil aufweisen. Der Integrationswert kann
noch in anderen Einrichtungen eines Steuergerätes als
Information zur Luftdichte verwendet werden.
Fig. 4 veranschaulicht ein Beispiel für die Einrichtung
26 zur Ermittlung des zündwinkelnormierten Drehmo
ments _ZWNORM. Diese Einrichtung erhält das Si
gnal _DK_IST vom Luftmasseflußsensor 22. Mit Hilfe
einer Modelleinrichtung 35 für ein Füllungsmodell, wie
oben im Zusammenhang mit der Modelleinrichtung 29
erläutert, wird der von den Verbrennungskammern an
gesaugte Luftmassefluß _IST ermittelt. Dieser Wert
dient zusammen mit dem aktuellen Wert der Drehzahl n
zum Ansteuern eines Drehmoment-Kennfeldes 36, das
unter Verwendung des Soll-Zündwinkels ZW_SOLL
aufgestellt wurde. Dadurch ist der aus dem Luftmasse
fluß _DK_IST ermittelte Drehmomentwert
_ZWNORM auf den Soll-Zündwinkel ZW_SOLL
normiert.
Fig. 5 veranschaulicht den Aufbau der in Fig. 1 gestri
chelt eingezeichneten Einrichtung 27 zur Zündwinkel
begrenzung. Es ist ein Zündwinkelbegrenzer 37 vorhan
den, der den Zündwinkel ZW_AKT in einem vorgege
benen Wertebereich hält. Mit Hilfe des begrenzten
Zündwinkels ZW_AKT und eines Drehmomentabwei
chungs-Kennfeldes 38 wird eine zündwinkelbedingte
Drehmomentabweichung ΔM_ZW bestimmt. Zu dieser
wird das auf den Sollzündwinkel normierte Drehmo
ment _ZWNORM in einer Drehmoment-Summa
tionseinrichtung 39 addiert, wodurch das Ist-Drehmo
ment _IST erhalten wird, das übergeordneten Motor
steuerungseinrichtungen zugeführt werden kann. Die
Markierung "^" zeigt hierbei an, dass es sich nicht um
den tatsächlich gemessenen Wert des Ist-Drehmomen
tes handelt, sondern um einen aus Modellen abgeschätz
ten Wert. Ähnlich wie das Zündwinkelabweichungs
kennfeld 18 kann das Drehmomentabweichungs-Kenn
feld 38 zwei- oder höherdimensional sein. Zusätzlich zur
beschriebenen Eingangsgröße können noch Werte der
Motordrehzahl n und/oder des Ist-Luftmasseflusses
_DK_IST zugeführt werden.
Fig. 6 veranschaulicht ein System zur Feinkorrektur
von drehmomentabhängigen Kennfeldwerten. Z. B. ent
hält die Drosselklappenwinkel-Bestimmungseinrich
tung 11 in irgendeiner Weise ein Kennfeld, das den
Drosselklappenwinkel α mit dem Soll-Drehmoment
M_SOLL verknüpft, wobei dieses Kennfeld für einen
Zündwinkel ZW_APP appliziert wurde, von dem sich
jedoch der aktuelle Soll-Zündwinkel ZW_SOLL unter
scheidet, auf den normiert werden soll. Wird dieser Un
terschied in den Zündwinkeln nicht beachtet, kommt es
zu einer entsprechenden kleinen Ungenauigkeit in der
Bestimmung des Drosselklappenwinkels α, was jedoch
in der Praxis nicht allzu schwerwiegend ist, da Drehmo
mentänderungen im allgemeinen große Werte aufwei
sen, die in erster Linie über Luftflußänderungen nachge
führt werden. Wenn bei der Bestimmung des Drossel
klappenwinkels α, der eine große Drehmomentenände
rung bewirkt, ein kleiner Fehler unterläuft, ist dies nicht
allzu schlimm, da kleine Änderungen ohnehin durch die
oben besprochenen besonderen Zündwinkelmaßnah
men aufgehoben werden. Theoretisch exakt arbeitet die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsge
mäße Verfahren jedoch, wenn der Wert zum Herbeifüh
ren der großen Änderung, also hier der Wert des Dros
selklappenwinkels α, bereits genau bestimmt wird. Dies
erfolgt gemäß Fig. 6 dadurch, daß eine Korrekturkenn
linien-Einrichtung 40 einen Korrekturfaktor an einen
Korrekturmuliplizierer 41 ausgibt, welcher Korrektur
faktor so appliziert ist, daß ein Drehmomentwert auf
den Applikations-Zündwinkel normiert wird. Es kann
sich hierbei um das Soll-Drehmoment M_SOLL han
deln, dessen Wert modifiziert wird, bevor er der Dros
selklappenwinkel-Bestimmungseinrichtung 11 zuge
führt wird, oder es kann sich um das vom Drehmoment-
Kennfeld 36 ausgegebene, auf den Soll-Zündwinkel
ZW_SOLL normierte Drehmoment _ZWNORM
handeln, das durch den Korrekturmultiplizierer 41 sei
nerseits auf denjenigen Zündwinkel ZW_APP normiert
wird, bei dem das Drehmoment-Kennfeld 36 appliziert
wurde.
Claims (7)
1. Verfahren zum Einstellen des Drehmoments ei
nes Verbrennungsmotors (12) mit Luftzumeßein
richtung (13) (Ottomotor), mit folgenden Schritten:
- - Vorgeben eines Soll-Drehmoments (M_SOLL);
- - Ermitteln des für die aktuellen Motorbe triebsbedingungen vorgegebenen Soll-Zünd winkels (ZW_SOLL);
- - Ermitteln des auf den Soll-Zündwinkel nor mierten Ist-Drehmoments (_ZWNORM);
- - Berechnen der Drehmomentabweichung (ΔM) zwischen Soll-Drehmoment und nor miertem Ist-Drehmoment;
- - Integrieren der Drehmomentabweichung und Korrigieren des Soll-Drehmoments mit dem Integrationswert (M_INT), um ein Effek tiv-Drehmoment (M_EFF) zu erhalten;
- - Ansteuern der Luftzumeßeinrichtung mit einem Wert (α), der vom Wert des Effektiv- Drehmoments abhängt;
- - Ermitteln einer Zündwinkelabweichung (ΔZW) aus dem Wert der Drehmomentabwei chung; und
- - Modifizieren des Soll-Zündwinkels mit der Zündwinkelabweichung in solcher Weise, daß ein aktueller Zündwinkel (ZW_AKT) erhalten wird, durch den das Drehmoment in solcher Richtung beeinflußt wird, daß das Ist-Drehmo ment mit dem Soll-Drehmoment des Motors zur Übereinstimmung kommen soll.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das auf den Soll-Zündwinkel
(ZW_SOLL) normierte Ist-Drehmoment
(_ZWNORM) wie folgt ermittelt wird:
Messen des angesaugten Luftmasseflusses (_DK _IST);
Ermitteln des in die Verbrennungskammern gesaugten Luftmasseflusses (_MOD_IST) aus dem gemessenen Luftmassefluß mit Hilfe eines inversen Füllungsmodells; und
Ermitteln des auf den Soll-Zündwinkel nor mierten Ist-Drehmoments aus dem ermittelten Wert des in die Verbrennungskammern ge saugten Luftmasseflusses und einem ausge messenen und damit bekannten Zusammen hang zwischen diesem Luftmassefluß und dem Drehmoment bei konstantem Soll-Zündwinkel.
Messen des angesaugten Luftmasseflusses (_DK _IST);
Ermitteln des in die Verbrennungskammern gesaugten Luftmasseflusses (_MOD_IST) aus dem gemessenen Luftmassefluß mit Hilfe eines inversen Füllungsmodells; und
Ermitteln des auf den Soll-Zündwinkel nor mierten Ist-Drehmoments aus dem ermittelten Wert des in die Verbrennungskammern ge saugten Luftmasseflusses und einem ausge messenen und damit bekannten Zusammen hang zwischen diesem Luftmassefluß und dem Drehmoment bei konstantem Soll-Zündwinkel.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das auf den Soll-Zündwinkel
(ZW_SOLL) normierte Ist-Drehmoment
(_ZWNORM) wie folgt ermittelt wird:
es wird das Drehmoment des Motors beim aktuellen Zündwinkel gemessen; und
aus einem ausgemessenen und damit be kannten Zusammenhang zwischen der Ände rung des Drehmoments und dem Zündwinkel bei konstanter Füllung wird unter Verwen dung des aktuellen Zündwinkels und des Soll- Zündwinkels das Drehmoment berechnet, wie es vorliegen würde, wenn der Soll-Zündwinkel statt des aktuellen Zündwinkels vorliegen wür de.
es wird das Drehmoment des Motors beim aktuellen Zündwinkel gemessen; und
aus einem ausgemessenen und damit be kannten Zusammenhang zwischen der Ände rung des Drehmoments und dem Zündwinkel bei konstanter Füllung wird unter Verwen dung des aktuellen Zündwinkels und des Soll- Zündwinkels das Drehmoment berechnet, wie es vorliegen würde, wenn der Soll-Zündwinkel statt des aktuellen Zündwinkels vorliegen wür de.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wert zum An
steuern der Luftzumeßeinrichtung (13) wie folgt er
mittelt wird:
Ermitteln eines in die Verbrennungskam mern des Motors zu saugenden Luftmasseflus ses (_MOT_SOLL) aus einem ausgemesse nen und damit bekannten Zusammenhang zwi schen dem Effektiv-Drehmoment (M_EFF), der Drehzahl (n) des Motors und dem genann ten Luftmassefluß;
Ermitteln eines anzusaugenden Soll-Luft masseflusses (_DK_SOLL) aus einem Fül lungsmodell, das den Zusammenhang zwi schen dem angesaugten Luftmassefluß und dem in die Verbrennungskammern zu saugen den Luftmassefluß angibt; und
Ermitteln des Ansteuerwertes (α) für die Luftzumeßeinrichtung abhängig vom Wert für den anzusaugenden Soll-Luftmassefluß.
Ermitteln eines in die Verbrennungskam mern des Motors zu saugenden Luftmasseflus ses (_MOT_SOLL) aus einem ausgemesse nen und damit bekannten Zusammenhang zwi schen dem Effektiv-Drehmoment (M_EFF), der Drehzahl (n) des Motors und dem genann ten Luftmassefluß;
Ermitteln eines anzusaugenden Soll-Luft masseflusses (_DK_SOLL) aus einem Fül lungsmodell, das den Zusammenhang zwi schen dem angesaugten Luftmassefluß und dem in die Verbrennungskammern zu saugen den Luftmassefluß angibt; und
Ermitteln des Ansteuerwertes (α) für die Luftzumeßeinrichtung abhängig vom Wert für den anzusaugenden Soll-Luftmassefluß.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß
der tatsächlich angesaugte Ist-Luftmasse fluß (_DK_IST) ermittelt wird;
der Wert des Ist-Luftmasseflusses vom Soll- Luftmassefluß (_DK_SOLL) abgezogen wird, um eine Luftmasseflußdifferenz zu bilden; und
der Wert des Soll-Luftmasseflusses abhän gig vom Wert der Luftmasseflußdifferenz mo difiziert wird.
der tatsächlich angesaugte Ist-Luftmasse fluß (_DK_IST) ermittelt wird;
der Wert des Ist-Luftmasseflusses vom Soll- Luftmassefluß (_DK_SOLL) abgezogen wird, um eine Luftmasseflußdifferenz zu bilden; und
der Wert des Soll-Luftmasseflusses abhän gig vom Wert der Luftmasseflußdifferenz mo difiziert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß Größen zum Festle
gen der aktuellen Motorbetriebsbedingungen die
Drehzahl (n) und der IST-Luftmassefluß
(_DK_IST) sind.
7. Vorrichtung zum Einstellen des Drehmoments
eines Verbrennungsmotors 12 mit Luftzumeßein
richtung 13 (Ottomotor), mit:
einer Einrichtung (10) zum Vorgeben eines Soll-Drehmoments (M_SOLL);
einer Einrichtung (17) zum Ermitteln des für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen vor gegebenen Soll-Zündwinkels (ZW_SOLL);
einer Einrichtung (26) zum Ermitteln des auf den Soll-Zündwinkel normierten Ist-Drehmo ments (M_ZWNORM);
einer Einrichtung (20) zum Berechnen der Drehmomentabweichung (ΔM) zwischen Soll- Drehmoment und normiertem Ist-Drehmo ment;
einer Einrichtung (25) zum Integrieren der Drehmomentabweichung und Korrigieren des Soll-Drehmoments mit dem Integrationswert (M_INT), um ein Effektiv-Drehmoment (M_EFF) zu erhalten;
einer Einrichtung (11) zum Ansteuern der Luftzumeßeinrichtung mit einem Wert (α), der vom Wert des Effektiv-Drehmoments ab hängt;
einer Einrichtung (18) zum Ermitteln einer Zündwinkelabweichung (ΔZW) aus dem Wen der Drehmomentabweichung; und
einer Einrichtung (19) zum Modifizieren des Soll-Zündwinkels mit der Zündwinkelabwei chung in solcher Weise, daß ein aktueller Zündwinkel (ZW_AKT) erhalten wird, durch den das Drehmoment in solcher Richtung be einflußt wird, daß das Ist-Drehmoment mit dem Soll-Drehmoment des Motors zur Über einstimmung kommen soll.
einer Einrichtung (10) zum Vorgeben eines Soll-Drehmoments (M_SOLL);
einer Einrichtung (17) zum Ermitteln des für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen vor gegebenen Soll-Zündwinkels (ZW_SOLL);
einer Einrichtung (26) zum Ermitteln des auf den Soll-Zündwinkel normierten Ist-Drehmo ments (M_ZWNORM);
einer Einrichtung (20) zum Berechnen der Drehmomentabweichung (ΔM) zwischen Soll- Drehmoment und normiertem Ist-Drehmo ment;
einer Einrichtung (25) zum Integrieren der Drehmomentabweichung und Korrigieren des Soll-Drehmoments mit dem Integrationswert (M_INT), um ein Effektiv-Drehmoment (M_EFF) zu erhalten;
einer Einrichtung (11) zum Ansteuern der Luftzumeßeinrichtung mit einem Wert (α), der vom Wert des Effektiv-Drehmoments ab hängt;
einer Einrichtung (18) zum Ermitteln einer Zündwinkelabweichung (ΔZW) aus dem Wen der Drehmomentabweichung; und
einer Einrichtung (19) zum Modifizieren des Soll-Zündwinkels mit der Zündwinkelabwei chung in solcher Weise, daß ein aktueller Zündwinkel (ZW_AKT) erhalten wird, durch den das Drehmoment in solcher Richtung be einflußt wird, daß das Ist-Drehmoment mit dem Soll-Drehmoment des Motors zur Über einstimmung kommen soll.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4232974A DE4232974C2 (de) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen des Drehmoments eines Ottomotors |
GB9320091A GB2271198B (en) | 1992-10-01 | 1993-09-29 | Method of and equipment for setting the torque of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4232974A1 DE4232974A1 (de) | 1994-04-07 |
DE4232974C2 true DE4232974C2 (de) | 2002-05-16 |
Family
ID=6469358
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DE4232974A Expired - Fee Related DE4232974C2 (de) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen des Drehmoments eines Ottomotors |
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DE (1) | DE4232974C2 (de) |
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