DE4336813B4

DE4336813B4 - Vorrichtung zur Lasterfassung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4336813B4
Application number: DE19934336813
Authority: DE
Inventors: Hans Heim; Helmut Dipl.-Ing. Denz; Ernst Dipl.-Ing. Wild; Klaus Dr.-Ing. Boettcher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2013-10-29
Also published as: DE4336813A1; JPH07166949A

Abstract

Vorrichtung zur Lasterfassung bei einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Lastsensor und einem Sensor, der ein drehzahlabhängiges Signal abgibt, bei der das Ausgangssignal des Lastsensors, insbesondere eines Luftmassenmessers mittels einer Recheneinrichtung abgetastet und ein Mittelwert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung im Millisekunden-Takt erfolgt und das abgetastete Signal über eine vorgegebene Kennlinie linearisiert und gemittelt wird, wobei der Mittelwert über ein Segment gebildet wird, welches einem Kurbelwellenwinkelbereich entspricht, dessen Länge gleich dem Zündabstand ist, dass der über ein Segment im Zündabstand erhaltene Mittelwert durch die im gleichen Segment aus dem drehzahlabhängigen Signal gemittelte Drehzahl und durch eine Anpassungskonstante dividiert wird und dass das so erhaltene Rohlastsignal in einem nachgeschalteten Filter zur Bildung des Hauptlastsignales gefiltert wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Zur Erfassung der Last einer Brennkraftmaschine kann beispielsweise die angesaugte Luftmasse mit Hilfe eines Hitzdrahtluftmassenmessers oder eines Heißfilmluftmassenmessers ermittelt werden. Ein solcher Luftmassenmesser weist ein beheiztes Element auf, das in dem zu messenden Luftstrom liegt und durch diesen gekühlt wird. Der für die Einhaltung einer konstanten Übertemperatur benötigte Heizstrom ist dabei ein Maß für die vom Motor angesaugte Luftmasse.

In gewissen Betriebsbereichen treten bei einer Brennkraftmaschine Pulsationen der Ansaugluft auf, diese können zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es im vollastnahen Bereich zu einer Rückströmung kommt, da der Luftmassenmesser die Strömungsrichtung nicht unterscheiden kann.

Da die Regelung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Luftmasse erfolgt, wobei üblicherweise der Mittelwert der Luftmasse verwendet wird, ist es erforderlich, daß einerseits eine möglichst genaue Mittelwertbildung erfolgt und andererseits beim Auftreten einer Fehlfunktion diese gleich erkannt wird und das Luftmassensignal auf einen der tatsächlichen Zylinderfüllung entsprechenden Wert beschränkt wird.

Um diese Probleme zu beheben, wird in der DE 39 25 377 A1 ein Verfahren eingesetzt, bei dem die Luftmasse auf zwei verschiedene Arten bestimmt wird und bei erkannter Fehlfunktion oder sonstigen Problemen das zuverlässigere Signal für die Regelung der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Dazu wird bei dem aus der DE 39 25 377 A1 bekannten Verfahren ein Heißfilm-Luftmassenmesser eingesetzt, der ein erstes Signal, das sogenannte Hauptlastsignal abgibt und unabhängig davon wird mit einem zweiten Luftmassenbestimmungsverfahren die Luftmasse in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Das so erhaltene Lastsignal wird als Nebenlastsignal bezeichnet. Eines dieser beiden Signale wird jeweils für die Regelung der Brennkraftmaschine verwendet, wobei genaue Bedingungen festgelegt sind, welches Signal verwendet wird.

Aus der DE 41 00 334 C2 sind weitere Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Lasterfassung bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die Einlassluftmenge mittels eines Hitzdrahtsensors ermittelt wird. Weiterhin ist ein Kurbelwellenwinkelsensor vorhanden, der ein drehzahlabhängiges Signal abgibt Das Signal des Hitzdrahtsensors wird bei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln abgetastet, und aus den abgetasteten Werten wird mittels einer Recheneinrichtung ein Mittelwert gebildet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 löst die Aufgabe, dass eine besonders zuverlässige Lasterfassung möglich ist, wobei die durchgeführte Mittelwertbildung für die Last besonders vorteilhaft ist.

Dieser Vorteil wird erzielt, indem die Mittelwertbildung aus dem Hauptlastsignal erfolgt, wobei das Hauptlastsignal zunächst in einem schnellen Abtastraster im Millisekunden-Takt abgetastet wird, dann linearisiert und über ein Segment aufsummiert wird. Durch Division des erhaltenen Luftmassenwertes durch die Zahl der Abtastungen wird ein genauer Mittelwert erhalten.

Die anschließende Division durch einen Drehzahlmittelwert, der über das gleiche Segment gebildet wird, ergibt besonders aktuelle und genaue Werte für das Hauptlastsignal.

Da parallel zum Hauptlastsignal auch noch das Nebenlastsignal in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Drosselklappenwinkel gebildet wird und in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von weiteren Bedingungen an die Höhe adaptiert wird, kann bei erkannter Rückströmung oder im Notlauf bei einer Fehlfunktion des Luftmassenmessers in vorteilhafter Weise das dann geeignetere Nebenlastsignal als Rohlastsignal herangezogen werden.

Die anschließende Weiterverarbeitung des so erhaltenen Rohlastsignales in einem geeigneten Lastfilter mit einer Maximalwertbegrenzung führt dazu, daß auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen kein unerlaubt hohes Lastsignal für die Regelung der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur das Blockschaltbild eines Ablaufdiagrammes.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ablaufdiagrammes, das vom Steuergerät einer Brennkraftmaschine abgearbei tet wird, dargestellt. Dabei ist im einzelnen mit 10 ein Luftmassenmesser, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser angegeben, der eine Ausgangsspannung U1 liefert, die ein Maß für die am Sensor vorbeiströmende Luftmasse pro Zeit ist und aus der das Hauptlastsignal gebildet werden soll.
Das Ausgangssignal U1 des Luftmassenmessers 10 wird im 1-Milisekunden-Takt abgetastet, die Abtastbedingung ist mit B1 bezeichnet. Das abgetastete Signal wird im Block 11 über eine vorgegebene Kennlinie linearisiert, am Ausgang des Blockes 11 steht der Momentanwert des Luftmassenstroms m^.L.
Im Speicher 12 wird aus den linearisierten Werten von m^.L die arithmetische Summe über ein Segment gebildet. Als Segment wird üblicherweise ein bestimmter Kurbelwellenwinkelbereich bezeichnet. Die Summe wird einmal pro Segment weitergeleitet, die Abtastbedingung dafür ist mit B2 bezeichnet. Im Block 13 wird die Summe durch die Anzahl y der Abtastungen, welche im letzten Segment stattgefunden haben, dividiert, es wird dabei der Mittelwert m^.L erhalten.
Im weiteren wird der so gemittelte Luftmassenstrom im Block 14 durch die Drehzahl n dividiert, es wird dabei die angesaugte Luftmasse pro Kurbelwellenumdrehung mL ermittelt. Als Drehzahl n wird dabei eine mittlere Drehzahl verwendet, die über das selbe Segment gemittelt wird.
Im folgenden Block 15 wird die Luftmasse pro Kurbelwellenumdrehung noch durch die Grundanpassungskonstante Khfm dividiert, so daß sich das Hauptlastsignal tLh in Millisekunden ergibt.
Das Nebenlastsignal tLw wird im 10-Millisekunden-Takt aus dem Kennfeld K1 interpoliert. Im Block 16 wird dabei aus dem Kennfeld K1, der Motordrehzahl n und dem virtuellen Drosselklappenwinkel Wdl das Nebenlastsignal tLw gebildet. Als Drehzahl n wird ein Mittelwert über ein Segment verwendet, wobei n und tLh jeweils über das selbe Segment gemittelt werden.
Die aus dem Kennfeld interpolierten Nebenlastsignalwerte werden anschließend mit dem Faktor F1 zur Drosselklappenhöhenadaption multipliziert. In der Figur ist dies als Block 17 dargestellt. Dabei wird noch ein Faktor FANS, der als temperaturabhängige Kennlinie abgespeichert ist, berücksichtigt. Der Faktor F1 wird mittels eines Integrators 18 mit der Zeitkonstante Zdk laufend angepaßt. Dabei wird geprüft, ob bestimmte Betriebsbereiche wie z.B. die Motortemperatur TM oberhalb einer ersten Schwelle S1 und der auf den Leerlauf bezogene Drosselklappenwinkel Wdl oberhalb einer zweiten Schwelle S2 und unterhalb der Schwelle S3 ist. Die Umschaltbedingung ist B3. Es wird dann der Faktor F1 angepaßt nach der Gleichung: F1(Neu) = F1(Alt) + Zdk · (tL – tLw)
Die untere Drosselklappenschwelle S2 stellt sicher, daß die Adaption erst in einem Bereich wirksam wird, in dem der Restfehler im Nebenlastsignal tLw durch die Stellerluft zulässig klein ist.
In der Höhe oder allgemein bei anderem Umgebungsdruck als bei der Anpassung des Kennfeldes K1 stimmt das Nebenlastsignal tLw nicht mehr mit dem richtigen Hauptlastsignal tL überein. Diese Abweichung wird durch die Höhenadaption wieder ausgeglichen.
Im Normalfall wird das Hauptlastignal tLh zur Weiterverarbeitung benutzt. In speziellen Bereichen, beispielsweise im Rückströmbereich, der durch die Kennlinie Wdk mit der Hyterese DWD abgegrenzt ist und im Notlauf, also bei einem erkannten Fehler des Luftmassenmessers wird das Nebenlastsignal tLw zur Berechnung des Lastrohsignals tLr verwendet. Die Umschaltbedingung dafür ist mit B4 bezeichnet.
Zur Ermittlung des Lastsignales tL, das letztendlich zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet wird, wird das Lastrohsignal tLr noch weiterverarbeitet. Es wird dazu einem Tiefpaß 19, der das eigentliche Lastsignalfilter ist, zugeführt. Der Tiefpaß 19 weist umschaltbare Zeitkonstanten Z1, Z2 auf. Die Umschaltung zwischen diesen beiden Zeitkonstanten wird durch die Umschaltbedingung B5 vorgegeben. Im Block 20 wird das Ausgangssignal des Filters bzw. Tiefpasses 19 auf einen Maximalwert begrenzt, damit der Lastwert tL auch unter ungünstigen Umständen nicht zu hoch wird.
Die Verarbeitung des Lastrohsignales tLr im Lastsignalfilter in der angegebenen Weise ist erforderlich, um einerseits bei Laständerungen einen zeitlich der Luftfüllung entsprechenden Verlauf des Lastsignales zu erhalten und andererseits eine über einen genügend großen Zeitraum gemittelte Lastinformation zu bekommen. Es wird daher ein tL-Filter als Verzögerungsglied 1. Ordnung eingesetzt, beispielsweise arbeitet das Lastsignalfilter als Filter mit einem Algorithmus, der im Segmentraster gerechnet wird.
Das Lastrohsignal tLr wird dabei so gefiltert, daß beispielsweise gilt: tL(k) = tL(k – 1) + (Z1, Z2) · (tLr – tL)(k – 1)
Tritt nach der Filterung ein größerer Wert auf als ein in einer drehzahlabhängigen Kennlinie abgelegter Wert, tritt die tL-max-Begrenzung in Kraft und das Lastsignal tL wird auf seinen Maximalwert begrenzt.
Da nicht die Luftmasse sondern der Saugrohrdruck die maßgebliche Größe für die Zylinderfüllung und damit auch für die Kraftstoffzumessung ist, ist das tL-Filter als Verzögerungsglied 1. Ordnung ausgebildet. Es soll das Lastrohsignal möglichst so filtern, daß bei einem Lastsprung der tL-Verlauf dem zeitlichen Verlauf des Saugrohrdruckes möglichst nahe kommt.
Um gleichzeitig eine ausreichende Glättung des Lastsignales im Stationärbetrieb zu ermöglichen, kann eine Filterzeitkonstantenumschaltung sinnvoll sein.
Eine solche Umschaltung kann ebenfalls sinnvoll sein zur Vermeidung von Überfettung des Kraftstoffgemisches bei einem negativen Lastwechsel.
Die Umschaltung auf eine zweite Zeitkonstante erfolgt, wenn die Laständerung aus dem Drosselklappensignal eine Schwelle bei einem positiven bzw. eine zweite Schwelle bei einem negativen Lastsprung übersteigt. Diese Umschaltung auf die zweite Zeitkonstante bleibt so lange erhalten, bis sich die Verläufe von Lastrohsignal und gefiltertem Lastsignal wieder schneiden.
Eine andere Umschaltbedingung für die Filterzeitkonstante ist die Umschaltung auf das Nebenlastsignal tLw. Dies ist erforderlich, da tLw eine andere Dynamik hat als tLr. Somit ist ein stetiger tL-Verlauf gegeben und auch bei Betrieb über tLw kann der tL-Verlauf dynamisch dem Saugrohrdruck angeglichen werden.
Die Auswahl bzw. die Anpassung der weiteren Anpassungskonstanten soll hier nicht näher erläutert werden.
Der Drosselklappenwinkelbereich für die Höhenadaption sollte so gewählt werden, daß ein ausreichender Abstand zum Rückströmungsbereich eingehalten wird. Zur schnellen Höhenadaption sollte der Winkelbereich jedoch möglichst groß sein.
Die Anpassungszeitkonstante Zdk sollte so klein gewählt werden, daß ständige kleine Abweichungen tL – tLw kaum nachgeführt werden. Jedoch muß der Faktor F1 bei einer Höhenfahrt unter extremen Bedingungen sicher nachgeführt werden.
Bei der Lastermittlung über ein Segment ist noch zu beachten, daß sie stets durchgeführt wird, auch bei hohen Drehzahlen und kleinem Segmentwinkel. Die gesamte Auswertung findet üblicherweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine statt, das die erforderlichen Rechen- und Speichermittel aufweist.

Claims

Vorrichtung zur Lasterfassung bei einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Lastsensor und einem Sensor, der ein drehzahlabhängiges Signal abgibt, bei der das Ausgangssignal des Lastsensors, insbesondere eines Luftmassenmessers mittels einer Recheneinrichtung abgetastet und ein Mittelwert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung im Millisekunden-Takt erfolgt und das abgetastete Signal über eine vorgegebene Kennlinie linearisiert und gemittelt wird, wobei der Mittelwert über ein Segment gebildet wird, welches einem Kurbelwellenwinkelbereich entspricht, dessen Länge gleich dem Zündabstand ist, dass der über ein Segment im Zündabstand erhaltene Mittelwert durch die im gleichen Segment aus dem drehzahlabhängigen Signal gemittelte Drehzahl und durch eine Anpassungskonstante dividiert wird und dass das so erhaltene Rohlastsignal in einem nachgeschalteten Filter zur Bildung des Hauptlastsignales gefiltert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Nebenlastsignal aus der Drehzahl und dem Drosselklappenwinkel, der mittels eines Drosselklappenwinkelsensors bestimmt wird, gebildet wird, das unter vorgebbaren Bedingungen anstelle des Hauptlastsignals dem Filter zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenlastsignal mit einem Faktor zur Höhenadaption gewichtet wird und die Höhenadaption nur in bestimmten Betriebsbereichen erfolgt und nur wenn der Drosselklappenwinkel innerhalb eines vorgebbaren Bereiches liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lastsignal im Normalfall und das zweite Lastsignal bei Vorliegen eines Defektes des Luftmassenmessers oder bei erkannter Rückströmung zur Weiterverarbeitung herangezogen werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Tiefpass mit umschaltbaren Zeitkonstanten ist und die Umschaltbedingung so gewählt wird, dass bei Zuführung des erst Lastsignales eine Filterung mit einer ersten und bei Zuführung des zweiten Lastsignales die Filterung mit einer zweiten Zeitkonstanten erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal auf einen drehzahlabhängigen Maximalwert begrenzt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungen im Steuergerät der Brennkraftmaschine ablaufend und die Korrekturfaktoren und/oder die Kennlinien in Speichern abgelegt sind.