DE4444416A1

DE4444416A1 - Verfahren zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4444416A1
Application number: DE4444416A
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Stuber; Lutz Dipl Phys Reuschenbach; Hans Dipl Ing Veil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-20
Also published as: JP3803375B2; JPH10510345A; KR100378457B1; DE59505057D1; WO1996018811A1; EP0797730B1; US6035831A; EP0797730A1; KR980700508A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 15 211 ist ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine be kannt. Beim bekannten System wird ein Grundeinspritzmengen signal mit einem Übergangskompensationssignal verknüpft, das eine Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleu nigungs- und Verzögerungsfall bewirkt. Bei der Ermittlung des Übergangskompensationssignals wird u. a. ein Wandfilmmen gensignal sowie eine Reihe von Korrektursignalen berücksich tigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte System weiter zu verbessern. Insbesondere soll ein gewünsch tes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in möglichst vielen Betriebs zuständen der Brennkraftmaschine möglichst genau eingehalten werden.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine optimale Kraft stoffzumessung im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Dies wird durch Berücksichtigung eines oder mehrerer Signale erreicht, die den Wärmestrom zum Ansaugtrakt hin bzw. vom Ansaugtrakt weg beschreiben.

Bei bisherigem Verfahren muß bei der Parametereinstellung für die Kraftstoffzumessung ein Kompromiß zwischen verschie denen Betriebszuständen gefunden werden, z. B. Umgebungstem peratur hoch/niedrig oder hohe Fahrzeuggeschwindig keit/mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit/Stand. Durch Berück sichtigung dieser Einflüsse auf das Wandfilmverhalten kann für diese Zustände ein optimales Luft/Kraftstoffgemisch im Instationärbetrieb erreicht werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma schine mit wesentlichen Komponenten zur Steuerung der Kraft stoffzumessung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung, wie die Kraftstoffzumessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren be einflußt wird,

Fig. 3 eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Block schaltbilds und

Fig. 4 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brenn kraftmaschine 100 und wesentlicher Komponenten zur Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffzumessung. Über einen Ansaug trakt 102 wird der Brennkraftmaschine 100 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt und die Abgase werden in einen Abgaskanal 104 abgegeben. Im Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Luftmengen messer oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Heiß film-Luftmassenmesser, ein Temperatursensor 108 zur Erfas sung der Ansauglufttemperatur, eine Drosselklappe 110 mit einem Sensor 111 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Dros selklappe 110, ein Drucksensor 112 zur Erfassung des Drucks im Ansaugtrakt 102 und wenigstens eine Einspritzdüse 114 an gebracht. In der Regel sind der Luftmengenmesser oder Luft massenmesser 106 und der Drucksensor 112 alternativ vorhan den. Im Abgaskanal 104 ist eine Sauerstoffsonde 116 ange bracht. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Drehzahlsen sor 118 und ein Sensor 119 zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine angebracht. Die Brennkraftmaschine 100 besitzt zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern beispielsweise vier Zündkerzen 120. Weiterhin sind in Fig. 1 noch ein Sensor 122 zur Erfassung der Fahrzeugge schwindigkeit und ein Elektromotor 124 dargestellt, der ei nen im Motorraum angeordneten Lüfter antreibt.

Die Ausgangssignale der beschriebenen Sensoren werden einem zentralen Steuergerät 126 übermittelt. Im einzelnen handelt es sich dabei um folgende Signale: Ein Signal m des Luftmen genmessers oder Luftmassenmessers 106, ein Signal TAn des Temperatursensors 108 zur Erfassung der Ansauglufttempera tur, ein Signal α des Sensors 111 zur Erfassung des Öff nungswinkels der Drosselklappe 110, ein Signal PS des Druck sensors 112 stromab der Drosselklappe 110, ein Signal λ des Sauerstoffsensors 116, ein Signal n des Drehzahlsensors 118, ein Signal TMot des Sensors 119 zur Erfassung der Temperatur der Brennkraftmaschine 100 und ein Signal v des Sensors 122 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Steuergerät 126 wertet die Sensorsignale aus und steuert die Einspritz düse bzw. die Einspritzdüsen 114 und die Zündkerzen 120 an. Weiterhin steuert das Steuergerät 126 den Elektromotor 124 an.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist in der Regel im Steuergerät 126 integriert. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Einfluß der Wandtemperatur des Ansaugtrakts 102 auf die tatsächlich zu gemessene Kraftstoffmenge bei der Kraftstoffzumessung be rücksichtigt werden. Ein Sensor zur Erfassung der Wandtempe ratur stromab des Einspritzventils bzw. der Einspritzventile 114 ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Statt dessen werden - je nach geforderter Genauigkeit - eine oder mehrere Einflußgrößen auf die Wandtemperatur berück sichtigt. Ausgehend von diesen Einflußgrößen wird ein Kor rektursignal fTW bzw. kTW gebildet. Das Korrektursignal fTW bzw. kTW beeinflußt ein Übergangskompensationssignal UK, das seinerseits ein Grundeinspritzsignal tp beeinflußt. Das Übergangskompensationssignal UK hat die Eigenschaft, daß es im Beschleunigungsfall die zugemessene Kraftstoffmenge er höht und im Verzögerungsfall die zugemessene Kraftstoffmenge erniedrigt.

Das Korrektursignal fTW bzw. kTW kann gemäß dem erfindungs gemäßen Verfahren entweder direkt aus den entsprechenden Einflußgrößen ermittelt werden oder über eine Zwischengröße TW, die die Wandtemperatur des Ansaugtraktes 102 repräsen tiert und die aus den Einflußgrößen ermittelt wird. Als Ein flußgrößen kommen ein durch die Kraftstoffverdampfung verur sachter Wärmestrom QK, ein Wärmestrom QAn zwischen der durch den Ansaugtrakt 102 strömenden Luft und der Wand des Ansaug traktes 102, ein Wärmestrom QMot zwischen dem Motorblock und der Wand des Ansaugtraktes 102 und ein Wärmestrom QU zwi schen der an der Außenwand des Ansaugtrakts 102 vorbeiströ menden Umgebungsluft und der Wand des Ansaugtrakts 102 in Betracht. Der Zusammenhang zwischen der Zwischengröße TW für die Wandtemperatur des Ansaugtrakts 102 und den Einflußgrö ßen QK, QAn, QMot und QtJ kann durch die folgende Differenti algleichung dargestellt werden:

cW_*mW_*dTW/dt = QK + QAn + QMot + QU

Dabei stellt cW die spezifische Wärme und mW die Masse der Wand des Ansaugtraktes 102 dar. Die Einflußgrößen QK, QAn, QMot und QU werden aus Betriebskenngrößen und Materialpara metern ermittelt.

Der durch die Kraftstoffverdampfung verursachte Wärmestrom QK wird gemäß der folgenden Gleichung ermittelt:

QK = - qKE_*hK_*x

Dabei stellt qKE die pro Zeit zugemessene Kraftstoffmenge dar. Diese Größe wird vom Steuergerät 126 festgelegt und ist somit bekannt. hK stellt die spezifische Verdampfungswärme des Kraftstoffs dar und ist eine Materialkonstante, die be kannt ist. x stellt den Anteil des sich an der Wand des An saugtrakts 102 anlagernden Kraftstoffs dar, der anschließend durch Verdampfung die Wand des Ansaugtrakts 102 kühlt. Die Größe x ist in einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Drehzahl n und dem Druck PS im Ansaugtrakt 102 abgelegt.

Der Wärmestrom QAn zwischen der durch den Ansaugtrakt 102 strömenden Luft und der Wand des Ansaugtraktes 102 wird ge mäß folgender Gleichung ermittelt:

QAn = αN(m)_*(TAn - TW)

Dabei stellt αN (m) den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen der vorbeiströmenden Luft und der Wand des Ansaugtrakts 102 als Funktion des Luftmassenstroms m dar.

Der Wärmestrom QMot zwischen dem Motorblock und der Wand des Ansaugtraktes 102 wird nach folgender Gleichung ermittelt:

QMot = αMot_*(TMot - TW)

αMot bezeichnet den wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem Motorblock und der Wand des Ansaugtraktes 102 und ist eine Materialkonstante.

Der Wärmestrom QU zwischen der an der Außenseite des Ansaug trakts 102 vorbeiströmenden Umgebungsluft und der Wand des Ansaugtrakts 102 hängt vom Luftmassenstrom der vorbeiströ menden Umgebungsluft und der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Wand des Ansaugtraktes 102 ab. Der Luftmassenstrom kann ausgehend vom Signal v für die Fahr zeuggeschwindigkeit und optional von einem Signal für den Betriebszustand des Elektromotors 124, der den Lüfter im Mo torraum antreibt, ermittelt werden. Die Temperatur der Umge bungsluft kann mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Um gebungstemperatursensor oder mit dem Sensor 108 für die An sauglufttemperatur ermittelt werden.

Die oben angegebene Differentialgleichung kann gelöst wer den, indem man die zeitliche Ableitung der Wandtemperatur des Ansaugtraktes 102 durch einen entsprechenden Differenzen quotienten ersetzt, das heißt der Ausdruck dTW/dt wird er setzt durch den Ausdruck (TWNeu - TWAlt)/dt. Nach TWNeu um geformt ergibt sich folgende Gleichung:

TWNeu = TWAlt + (dt/(cW_*mW))_*(QK + QAn + QMot + QU)

Bei der Ermittlung des jeweils aktuellen Werts TWNeu für die Wandtemperatur wird anfangs ein Startwert TwStart für die Wandtemperatur vorgegeben und dann wird jeweils iterativ der aktuelle Wert TWNeu aus dem vorhergehenden Wert TWAlt ermit telt. Einzelheiten hierzu sind im Flußdiagramm der Fig. 4 dargestellt und im dazugehörigen Text beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung, wie die Kraftstoffzumessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beeinflußt wird. In je einen Eingang eines Blocks 200 wird ein Lastsignal L und ein Signal n für die Drehzahl der Brennkraftmaschine 100 eingespeist. Das Lastsignal L kann auf bekannte Art und Weise ausgehend von einem der Signale m, PS oder α ermittelt werden. Am Ausgang des Blocks 200 wird ein Grundeinspritzsingal tp bereitgestellt. Die Ermitt lung des Grundeinspritzsignals tp aus den Signalen L und n für Last und Drehzahl ist aus dem Stand der Technik bekannt. Der Ausgang des Blocks 200 ist mit einem ersten Eingang ei nes Verknüpfungspunktes 202 verbunden. Der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 202 ist mit dem Ausgang eines Ver knüpfungspunktes 204 verbunden. Ein erster Eingang des Ver knüpfungspunktes 204 ist mit dem Ausgang eines Blocks 206 zur Übergangskompensation verbunden. Der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 204 ist mit dem Ausgang eines Blocks 208 verbunden, der das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. In den Block 208 werden in der Regel eine Reihe von Eingangs signalen eingespeist. Um welche Signale es sich dabei im einzelnen handelt, hängt davon ab, welche der Einflußgrößen QK, QAn, QMot und QU berücksichtigt werden sollen. Stellver tretend für alle Eingangssignale steht der auf den Block 208 gerichtete Doppelpfeil.

An den beiden Eingängen des Blocks 206 zur Übergangskompen sation liegen die Signale L und n für die Last und die Dreh zahl der Brennkraftmaschine 100 an. Der Block 206 ermittelt aus diesen Signalen ein Übergangskompensations-Signal UK zur Beeinflussung des Grundeinspritzsignals tp und stellt das Signal UK an seinem Ausgang bereit. Das Signal UK wird im Verknüpfungspunkt 204 mit einem Korrektursignal fTW ver knüpft, das vom Block 208 ausgegeben wird. Das durch die Verknüpfung im Verknüpfungspunkt 204 erzeugte Signal wird im Verknüpfungspunkt 202 mit dem Grundeinspritzsingal tp zu ei nem Einspritzsignal te verknüpft. Das Einspritzsignal te wird einem Block 210 zugeführt, in dem ggf. weitere Korrek turen vorgenommen werden, beispielsweise abhängig vom Signal TMot für die Temperatur der Brennkraftmaschine 100 oder vom Signal λ des Sauerstoffsensors 116, und der letztendlich ein Signal zur Ansteuerung der Einspritzdüse bzw. der Einspritz düsen 114 erzeugt.

Wie in Fig. 2 abgebildet, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Korrektursignal fTW erzeugt werden, das das Signal UK und somit auch das Grundeinspritzsignal tp beein flußt, mit anderen Worten, das Korrektursignal fTW beein flußt letztendlich die Kraftstoffzumessung. Die Ermittlung des Signals UK mittels des Blocks 206 ist bereits bekannt. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 41 15 211 beschrieben.

Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild betrifft eine von mehreren Möglichkeiten, wie das mit dem erfindungsgemä ßen Verfahren erzeugte Korrektursignal fTW die Kraftstoffzu messung beeinflussen kann. Eine alternative Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbilds. In Fig. 3 ist die Beeinflussung des Signals UK durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Korrektursignal kTW dargestellt. Die Weiterverar beitung des Signals UK erfolgt analog zu Fig. 2 und ist in Fig. 3 nicht im einzelnen dargestellt. Allerdings entfällt der in Fig. 2 dargestellte Verknüpfungspunkt 204. An die Stelle des Blocks 206 aus Fig. 2 treten bei Fig. 3 die Blöcke 300 und 302 und ein zwischen diese Blöcke geschalte ter Verknüpfungspunkt 304. Der Block 300 ermittelt aus den Signalen L und n für die Last und für die Drehzahl der Brennkraftmaschine 100, die in seine beiden Eingänge einge speist werden, ein Signal für die Änderung des Kraft stoff-Wandfilms im Ansaugtrakt 102. Das so erzeugte Signal wird im Verknüpfungspunkt 304 mit einem Korrektursignal kTW verknüpft, das vom Block 208 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wird. Das Korrektursignal kTW hat letztendlich die gleiche Wirkung auf das Übergangskompensa tions-Signal UK wie das obenbeschriebene Korrektursignal fTW, das heißt, die Kraftstoffzumessung wird in beiden Fäl len in gleicher Weise beeinflußt. Da die Korrektursignale fTW und kTW aber auf verschiedene Arten auf das Signal UK einwirken, sind die Korrektursignale selbst in der Regel nicht identisch.

Das vom Verknüpfungspunkt 304 erzeugte Signal wird in den Eingang des Blocks 302 eingespeist, der nach einem aus der DE 41 15 211 bekannten Verfahren das Signal UK erzeugt.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah rens. In einem ersten Schritt 400 wird das Signal TWAlt auf den Startwert TWStart gesetzt. Im darauffolgenden Schritt 402 werden sämtliche für das Verfahren benötigte Eingangs größen eingelesen. Auf Schritt 402 folgt ein Schritt 404. In Schritt 404 werden je nach Ausführungsbeispiel eine oder mehrere der Einflußgrößen QK, QAn, QMot und QU ermittelt. Dabei kommen die weiter oben beschriebenen Gleichungen für die jeweiligen Wärmeströme zur Anwendung. An Schritt 404 schließt sich ein Schritt 406 an, in dem das Signal TWNeu für die aktuelle Wandtemperatur gemäß der bereits weiter oben genannten Gleichung ermittelt wird. Je nach Ausfüh rungsbeispiel enthält diese Gleichung einen oder mehrere der Einflußgrößen QK, QAn, QMot und QU, die die einzelnen Wärme ströme repräsentieren. An Schritt 406 schließt sich ein Schritt 408 an, in dem das Signal TWAlt für die vorherge hende Wandtemperatur auf den Wert TWNeu der aktuellen Wand temperatur gesetzt wird. An Schritt 408 schließt sich ein Schritt 410 an. Im Schritt 410 wird aus dem Signal TWNeu für die aktuelle Wandtemperatur das Korrektursignal fTW bzw. kTW zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung ermittelt. Dabei wird das Korrektursignal fTW bzw. kTW beispielsweise in Ab hängigkeit vom Signal TW aus einer Kennlinie ausgelesen. Mit Schritt 410 ist der Durchlauf des Flußdiagramms beendet und beginnt von neuem bei Schritt 402.

Claims

1. Verfahren zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine (100), wobei ein Korrektursignal (fTW, kTW) zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung gebil det wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Korrektursignals (fTW, kTW) wenigstens eines der folgenden Signale berücksichtigt wird:

- ein Signal (QK), das mit dem Wärmestrom durch Kraftstoff verdampfung im Ansaugtrakt (102) zusammenhängt,
- ein Signal (QAn), das mit dem Wärmestrom zwischen der durch den Ansaugtrakt (102) strömenden Luft und der Wand des Ansaugtraktes (102) zusammenhängt,
- ein Signal (QMot), das mit dem Wärmestrom zwischen dem Mo torblock und der Wand des Ansaugtraktes (102) zusammenhängt und
- ein Signal (QU), das mit dem Wärmestrom zwischen der durch den Motorraum strömenden Luft und der Wand des Ansaugtraktes (102) zusammenhängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Korrektursignals (fTW, kTW) ein Signal (TW) ermittelt wird, das die Wandtemperatur des Ansaugtrak tes (102) repräsentiert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal (fTW) ein Signal (UK) zur Beschleunigungsanreicherung oder zur Verzö gerungsabmagerung beeinflußt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal (kTW) ein Signal beeinflußt, das mit dem Kraftstoff-Wandfilm im Ansaugtrakt zusammenhängt und zur Ermittlung des Signals (UK) zur Beschleunigungsanreicherung oder zur Verzögerungsabmagerung gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Signal (QK), das mit dem Wär mestrom durch Kraftstoffverdampfung im Ansaugtrakt (102) zu sammenhängt, ausgehend vom einem Signal (qKE) für die pro Zeit zugemessene Kraftstoffmenge und einem Signal (x) für den Anteil des sich an der Wand des Ansaugtraktes (102) an lagernden Kraftstoffs ermittelbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Signal (QAn), das mit dem Wär mestrom zwischen der durch den Ansaugtrakt (102) strömenden Luft und der Wand des Ansaugtraktes (102) zusammenhängt, ausgehend von einem Signal (m) für den Luftmassenstrom durch den Ansaugtrakt (102) und der Differenz eines Signals (TAn) für die Ansauglufttemperatur und des Signals (TW) für die Wandtemperatur des Ansaugtraktes (102) ermittelbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Signal (QMot), das mit dem Wärmestrom zwischen dem Motorblock und der Wand des Ansaug traktes (102) zusammenhängt ausgehend von der Differenz ei nes Signals (TMot) für die Temperatur der Brennkraftmaschine (100) und des Signal (TW) für die Wandtemperatur des Ansaug traktes (102) ermittelbar ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Signal (QU) das mit dem Wär mestrom zwischen der durch den Motorraum strömenden Luft und der Wand des Ansaugtraktes (102) zusammenhängt, ausgehend von einem Signal (v) für die Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Signal (TAn) für die Umgebungstemperatur oder Ansauglufttem peratur und optional von einem Signal für den Betriebs zu stand eines Lüfters im Motorraum ermittelbar ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.