DE4422184A1

DE4422184A1 - Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit einer Recheneinheit zur Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse

Info

Publication number: DE4422184A1
Application number: DE4422184A
Authority: DE
Inventors: Ralf Cosfeld
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2014-06-25
Also published as: DE4422184C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für Kraft fahrzeuge mit einer Recheneinheit zur Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luft masse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem SAE Technical Paper 810494, 1981, geht hervor, daß in mikroprozessorgesteuerten elektronischen Steuerge räten für Kraftfahrzeuge zur exakten Zumessung des Kraft stoffes in Abhängigkeit von der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse (Zylinderfüllung) eine Recheneinheit zur Berechnung dieser Zylinderfüllung vorgesehen ist. Diese Recheneinheit bildet ein mathemati sches Modell der Luftstromphysik, insbesondere im Ansaug trakt einer Brennkraftmaschine, rechnerisch nach (vgl. insbesondere Seite 10 bis 11, Kapitel "model description" des SAE-Papers). Der Algorithmus dieses rechnerischen Mo dells enthält teilweise ausschließlich gemessene Be triebsparameter der Brennkraftmaschine, wie z. B. die Drehzahl oder die Öffnungsfläche der Drosselklappe, und teilweise ausschließlich berechnete Betriebsparameter als Zwischenergebnisse, wie z. B. die durch die Drosselklappe strömende Luftmasse oder den im Ansaugrohr der Brenn kraftmaschine vorherrschenden Druck. Der Algorithmus bzw. das mathematische Modell enthält Gleichungen, die zur Vereinfachung des Algorithmus die realen Verhältnisse idealisieren und somit ein eventuell ungenaues Ergebnis bei der Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraft maschine strömenden Luftmasse liefern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät zur Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß genauere Ergebnisse bei der Berechnung erzielt werden ohne Verzicht auf die Einfachheit des ver wendeten Algorithmus.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein beim bekannten Algorithmus aus schließlich berechneter Betriebsparameter der Brennkraft maschine, der insbesondere in Form eines Zwischenergeb nisses vorliegt, zusätzlich gemessen. Der Wert des be rechneten und der Wert des zusätzlich gemessenen Be triebsparameters werden miteinander verglichen. Der Algo rithmus ist derart aufgebaut, daß eine automatische Adap tion bzw. eine Selbstkorrektur vorgenommen wird, wenn eine Differenz zwischen dem Wert des berechneten und dem Wert des zusätzlich gemessenen Betriebsparameters vor liegt.

Durch dieses erfindungsgemäße Steuergerät werden durch einen nur wenig erhöhten Meßaufwand Ungenauigkeiten durch die Idealisierung der realen Verhältnisse beim angewand ten Algorithmus durch automatische Adaption des Algorith mus vermieden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der Ge genstand des Patentanspruchs 2. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine entstehenden Druckes als Betriebsparameter der Brenn kraftmaschine, der sowohl berechnet als auch zusätzlich gemessen wird, da dieser Betriebsparameter einer beson ders starken Beeinflussung der realen Verhältnisse unter liegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 3. Alternativ oder zu sätzlich wird die durch die Drosselklappe der Brennkraft maschine strömende Luftmasse sowohl berechnet als auch gemessen, da auch ein Luftmassenstrom ebenso wie der Luftdruck besonders stark durch reale Störgrößen beein flußt wird.

Gemäß den Weiterbildungen nach Patentanspruch 2 und/oder 3 werden also Betriebsparameter zur Selbstkorrektur des Algorithmus verwendet, die besonders stark von den bei der Idealisierung vernachlässigten Verhältnissen beein flußt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit den wichtigsten in dem Algorithmus enthaltenen Betriebsparametern,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des aus dem SAE-Paper 810 494 bekannten rechnerischen Modells bzw. Al gorithmus,

Fig. 3 die dem Blockschaltbild des bekannten Algorith mus zugrundeliegenden mathematischen Formeln und

Fig. 4 ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Selbstkorrektur des Algorithmus am Beispiel ei nes zusätzlich gemessenen Drucks im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine.

In Fig. 1 ist eine Drosselklappe (Abschnitt 1) im Luft- Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet, die mit dem Eingang eines Sammlers (Abschnitt 2) verbunden ist, dessen Ausgang unmittelbar zum Einlaßkanal (Abschnitt 3) eines Zylinders Z führt. Die durch das Ansaugrohr an der Stelle der Drosselklappe strömende Luftmasse _LSE wird insbeson dere, wie dargestellt, durch den Drosselklappenöffnungs winkel α_DKI, den Umgebungsdruck p₀, die Umgebungstempera tur T₀ und den Druck im Sammler p₅ bestimmt. Diese durch die Drosselklappe strömende Luftmasse _LSE kann entweder rechnerisch oder z. B. mittels eines Luftmassenmessers bestimmt werden. Die in den Zylinder Z einströmende Luft masse _LSA soll erfindungsgemäß ausschließlich berechnet werden. Der im Sammler vorherrschende Druck p_S ist entwe der durch den Algorithmus berechenbar und/oder durch einen hier nicht dargestellten Drucksensor meßbar.

Die physikalischen Verhältnisse in den Abschnitten 1, 2 und 3 der Fig. 1 werden in Fig. 2 ebenfalls mit den Be zugszeichen 1, 2 und 3 angedeutet. Im Block 1 der Fig. 2 wird die durch die Drosselklappe strömende Luftmasse _LSE berechnet. Dazu wird die aus dem Stand der Technik be kannte Formel (1a) in Verbindung mit den Formeln (1b) und (1c) der Fig. 3 angewendet. Im Block 4 der Fig. 2 sind die Formeln (1a) bis (1c) der Fig. 3 als Teil des Algo rithmus zur Berechnung der durch die Drosselklappe strö menden Luftmasse _LSE in Form eines sich aus dem Algo rithmus mit den Parametern α_DK (= α_DKI), dem Öffnungswin kel der Drosselklappe, und p_S, dem im Sammler vorliegen den Druck, ergebenden Kennfeldes dargestellt. Die Kenn feldwerte F₁ des Blocks bzw. Kennfeldes 4 müssen jedoch an der Multiplizierstelle des Blocks 1 mit dem Faktor p₀/(R_*T₀) multipliziert werden, damit sich die durch die Drosselklappe einströmende Luftmasse _LSE ergibt. Dabei ist p₀ der Umgebungsdruck, T₀ die Umgebungstemperatur und R die Gaskonstante für Luft.

Die so berechnete durch die Drosselklappe strömende Luft masse _LSE wird an eine Addierstelle des Blocks 2 ge führt. Der Block 1 erhält als Druck p_S im Sammler des An saugtrakts den in Block 2 berechneten Wert. In Block 1 werden also die aus dem Stand der Technik bekannten Glei chungen (1a) bis (1c) realisiert, die die Gleichungen für eine sog. isentrope Strömung durch eine Blende - aus der Physik bekannt - beschreiben. Die Gleichung (4) in Fig. 3 stellt eine Schreibweise für das aus den Gleichungen (1a) bis (1c) gebildete Kennfeld nachdem Block 4 des Blocks 1 in Fig. 2 dar.

Der Block 2 in Fig. 2 stellt die Berechnung des Drucks p_S im Ansaugtrakt, insbesondere im Sammler, nach der Glei chung (2) der Fig. 3 dar. Zunächst wird an der Addier stelle des Blocks 2 die zuvor berechnete bzw. als An fangswert geschätzte oder vorgegebene in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömende Luftmasse _LSA von der in Block 1 ermittelten durch die Drosselklappe strömenden Luftmasse _LSE subtrahiert. Die Differenz dieser beiden Luftmassen wird mit der Temperatur im Ansaugtrakt T_S und der Gaskonstante für Luft multipliziert und durch das Vo lumen des Ansaugtrakts, insbesondere des Sammlers, V_S ge teilt. Durch diesen Teil des Algorithmus wird entspre chend der Gleichung (2) der Fig. 3 die Änderung des Drucks p_S im Ansaugtrakt durch die Bilanz der Luftmassen und durch das aus der Physik allgemein bekannte ideale Gasgesetz beschrieben. Der jeweils momentan vorliegende Druck p_S im Ansaugtrakt wird durch ein Integrierglied 5 aus der Änderung des Drucks dp_S über der Zeit dt berech net. Der so berechnete Druck p_S wird nicht nur dem Block 1 sondern auch dem Block 3 der Fig. 2 zugeführt.

In Block 3 der Fig. 2 wird aus dem Druck p_S und der eben falls im Steuergerät ermittelten Drehzahl der Brennkraft maschine n im Block 6 ein Kennfeldfaktor F₂ ermittelt, der anschließend durch die Temperatur T₅ im Ansaugtrakt bzw. Sammler geteilt wird, um die zu ermittelnde in den Zylinder strömende Luftmasse m_LSA zu erhalten. Block 3 der Fig. 2 stellt somit in Form eines Flußdiagramms die Realisierung der Gleichung (3) bzw. der in Kennfeldform dargestellten Gleichung (5) der Fig. 3 dar.

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Erweiterung der Fig. 2, bei der eine Selbstkorrektur des Algorithmus (Adaption) durch zusätzliche Berücksich tigung des gemessenen Drucks p_S vorgenommen wird. Block 2 und 3 der Fig. 4 sind identisch mit Block 2 und 3 der Fig. 2. Erfindungsgemäß wird der in Block 2 berechnete Druck im Ansaugtrakt bzw. Sammler P_S,cal zunächst zum Adaptionsblock 7 geführt. Ebenso erhält der Adaptions block 7 den mit einem Drucksensor gemessenen Druck P_S,meß. Liegt eine Differenz zwischen dem berechneten Druck P_S,cal und dem gemessenen Druck P_S,meß vor, wird entsprechend dieser Differenz ein korrigierter dem tatsächlich vorliegenden Wert angepaßter Druck p_S er mittelt und dem Block 3 der Fig. 4 zugeführt. Somit kor rigiert sich über den gemessenen Druck P_S,meß und den Ad aptionsblock 7 der durch Block 2 und 3 gebildete Gesamt algorithmus von selbst.

Fig. 4 kann beispielsweise durch Block 1 der Fig. 2 er gänzt werden, so daß die durch die Drosselklappe strö mende Luftmasse m_LSE wie in Fig. 2 dargestellt berechnet wird. Es ist jedoch auch möglich, die durch die Drossel klappe strömende Luftmasse m_LSE ausschließlich durch einen Sensor, z. B. einen Luftmassenmesser, zu ermitteln. Weiterhin ist erfindungsgemäß möglich, Fig. 4 sowohl durch den rechnerischen Block 1 der Fig. 2 zu ergänzen als auch einen weiteren Adaptionsblock einzuführen, über den die durch die Drosselklappe strömende Luftmasse durch Vergleich des berechneten Luftmassenwertes mit einem ge messenen Wert ebenfalls korrigiert wird.

Durch ein derartiges erfindungsgemäßes Steuergerät wird nicht nur die Genauigkeit der Berechnung der in einen Zy linder strömenden Luftmasse verbessert, sondern auch Mit tel geschaffen, durch die eine Redundanz wichtiger Para meter des Algorithmus erreicht wird, durch die die Ausfallwahrscheinlichkeit eines derartigen Systems ver mindert wird.

Claims

1. Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit einer Rechen einheit zur Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse, bei dem die Recheneinheit einen Algorithmus ausführt, des sen Parameter teils gemessene und teils berechnete Betriebsparameter der Brennkraftmaschine enthal ten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein berechneter Betriebsparameter zusätzlich gemessen wird und der Algorithmus derart aufgebaut ist, daß er sich entsprechend einer Differenz zwischen dem Wert des berechneten und dem Wert des zusätzlich gemessenen Betriebsparameters selbst korrigiert.

2. Steuergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein berechneter und zusätzlich ge messener Betriebsparameter der im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine entstehende Druck (p_S) ist.

3. Steuergerät nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein berechneter und zusätzlich gemessener Betriebsparameter die durch die Dros selklappe der Brennkraftmaschine strömende Luft masse (m_LSE) ist.