EP0889217B1 - Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors Download PDF

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EP0889217B1
EP0889217B1 EP98111478A EP98111478A EP0889217B1 EP 0889217 B1 EP0889217 B1 EP 0889217B1 EP 98111478 A EP98111478 A EP 98111478A EP 98111478 A EP98111478 A EP 98111478A EP 0889217 B1 EP0889217 B1 EP 0889217B1
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EP
European Patent Office
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lean
des
load
engine
air
Prior art date
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EP98111478A
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French (fr)
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EP0889217A3 (de
EP0889217A2 (de
Inventor
Manfred Henning
Klemens Grieser
Guido Dickers
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Publication of EP0889217A2 publication Critical patent/EP0889217A2/de
Publication of EP0889217A3 publication Critical patent/EP0889217A3/de
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Publication of EP0889217B1 publication Critical patent/EP0889217B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the amount of intake air of an internal combustion engine with an operating mode with an essentially stoichiometric air / fuel mixture and an operating mode with a lean air / fuel mixture, the internal combustion engine being an electronic one Motor control has that as an input signal receives at least the signal of an accelerator pedal position sensor and the at least one manipulated value for a throttle valve actuator to influence the amount of intake air calculated, and the engine control device to decide whether the engine is stoichiometric or lean is operated.
  • Lean operation must approximate the amount of air supplied constant fuel supply can be increased.
  • the electronic engine control must control the amount of air supplied can influence what is convenient about a electronically controllable throttle valve happens.
  • the throttle position should be adjusted when switching modes that the torque of the engine is essentially remains constant so that none of the driver of the internal combustion engine motor vehicle having perceptible speed or change in acceleration occurs.
  • a disadvantage of the known proposed solutions is the relative one high hardware and software expenditure in the electronic motor control, which is necessary for a mathematical model that the current engine torque from a variety of engine operating parameters calculated. Also the development effort considerably and the adaptation to changed vehicle types complex. Problems also arise with known methods when switching modes during load change reactions (e.g. during accelerations), so that in the known Often a stoichiometric-lean mode change procedure is allowed if the engine operating conditions for a specified time (e.g. one second) are constant. This leads to a shorter operating time of the engine in lean mode and thus a deteriorated fuel economy.
  • EP 0 687 809 A2 describes an embodiment of a motor control known ( Figure 10), in which from the accelerator pedal position and the engine speed using a first A desired engine torque is determined. This desired engine torque and engine speed will be then used to determine the amount of fuel, the air mass flow and adjust the ignition angle setting. Doing so with the help of a classification table to the desired one Engine torque and engine speed appropriate Air / fuel ratio set. For each so selectable Air / fuel ratio is also an associated one Map available from the desired engine torque and the engine speed the opening angle to be set the throttle valve can be read.
  • a disadvantage of this method is that the air / fuel ratio only can be set in discrete steps and that for each of these steps has its own map for the one to be set Opening angle must be kept ready.
  • the object of the present invention is a to create an improved process of the type mentioned at the outset, with the least possible hardware and software expenditure the air volume is adjusted when the mode is switched, that the engine torque is essentially constant remains and in which the mode switch at any time - also with load changes - can take place.
  • step a) is based on a map with at least the Accelerator pedal position as desired map input variable Air mass value des_load determined.
  • Maps also - around a one- or multi-dimensional table memory or a mathematical function of the map input variables act.
  • the variable des_load represents approximately in the stoichiometric operating mode an air mass value to reach the at the current accelerator pedal position desired engine torque. In doing so, engine parameters such as. the exhaust gas recirculation rate and the ignition angle setting, which have only a relatively minor influence have the engine torque when determining des_load be ignored.
  • step b) des_load with the desired lean air / fuel ratio des_lean_lambda multiplied, the value of which is determined using a map becomes.
  • des_load with the desired lean air / fuel ratio des_lean_lambda multiplied, the value of which is determined using a map becomes.
  • des_lean_load you go into the map according to step c).
  • steps a) to c) additionally the engine speed used as an independent map input variable becomes.
  • the lean determined during lean operation Air / fuel ratio des_lean_lambda before multiplication with des_load in step b) with an additional factor eta_eng is multiplied, the approximate ratio between engine efficiency in lean operation the motor efficiency in stoichiometric operation at each corresponds to the same fuel supply, whereby eta_eng based on a map with at least des_load and the engine speed is determined as a map input variable.
  • the efficiency of the engine with the same fuel supply improved during the transition to lean operation typically by approx. 10%
  • the engine torque would be lean compared to stoichiometric operation with the same Increase fuel supply by this ratio.
  • a abrupt change in this factor occurs when switching modes stoichiometric-lean or vice versa. Around To avoid unwanted engine reactions, these can sudden changes due to the electronic filter element be dampened.
  • fast temporal variations of the signal des_load by another electronic filter element can be damped. With that rapid accelerator movements dampened to unwanted Avoid engine reactions in the event of extreme load changes.
  • step b) one of an electronic Idle speed control determined idle air mass value add isc_load to give the motor the required Supply air mass for idle operation.
  • a further embodiment of the invention can be provided be that from the output signal one in the intake system of the Combustion engine arranged air mass flow sensor actual air mass value load is calculated, and that des_lean_load based on the difference between load and des_lean_load is corrected.
  • This correction can preferably done by a PI controller that acts as an input signal receives the difference between des_lean_load and load and its output value then the signal des_lean_load is additively superimposed. That way you can Deviations between actual and desired Air mass values, e.g. due to neglect the influence of intake air temperature and air pressure occur, are compensated.
  • the desired lean air / fuel ratio des_lean_lambda subtracts an offset value is based on a map depending on the cooling water temperature is determined such that when the engine is cold lower and higher with a warm internal combustion engine Air / fuel ratios can be set. To this Way it can be considered that the maximum possible Air / fuel ratio in lean operation with the engine cold is lower than with a warm engine.
  • intake air control can determine the amount of fuel to be injected by injection actuators from the electronic engine control advantageously based on the measured value of one in the intake system of the internal combustion engine arranged air mass flow sensor and in Lean operation based on the desired air / fuel ratio des_lean_lambda (see step b)) is calculated become.
  • the desired Air / fuel ratio based on the value 1.0.
  • the Fuel control is therefore preferably not based on the one calculated by the intake air control Air mass value, but based on an air mass flow sensor measured actual air mass value.
  • An advantage of the present invention is that only a few arithmetic and map operations for intake air calculation are required so that the hardware and software expenditure can be minimized.
  • the in the inventive Processes used with proportional maps low development effort can be determined. So the map in step a) is essentially by the Accelerator pedal characteristic, the map in step b) by the Lean operating behavior of the engine and the map in Step c) through the flow characteristics of the intake system certainly. When changing these parameters (e.g. Installation of a modified throttle valve) only has to corresponding map can be adjusted.
  • Another advantage of the method is that the intake air calculation reliable in all engine operating conditions works so that mode switching even under load change reactions are feasible. This can in extreme cases several times per second between lean and stoichiometric Operation can be switched back and forth and thus the fuel savings can be maximized by the lean operation.
  • An electronic engine control one not shown Multi-cylinder internal combustion engine with electronically controlled Throttle valve has a microprocessor, not shown with an assigned RAM, and a read-only memory ROM as well as a variety of digital and analog Input and output ports.
  • the microprocessor performs accordingly 1 quasi-simultaneous routines for fuel control 2, to the intake air control 4 and the ignition control 6.
  • all routines can receive a variety of other input signals, such as. Engine temperature, crankshaft angle, condition values emission control etc. These are input signals for the sake of clarity indicated with ...
  • a routine 8 the engine control system is dependent on the current engine operating parameters decided whether the internal combustion engine in lean mode or in stoichiometric mode to be operated.
  • the current mode is determined by the routine 8 indicated by the binary lean_run_flag.
  • the air control 4 receives via the output signal pp (pedal position) of an accelerator pedal potentiometer the current torque request of the driver.
  • a desired pedal position and engine speed Air mass value des_load calculated which is then the ignition control 6 and the mode controller 8 is supplied.
  • the value of the load thus calculated and the engine speed n are the main parameters that determine the respective engine operating status characterize.
  • the air control 4 calculates a desired control value for the throttle valve actuator des_tp (desired throttle position), which is a throttle valve actuator 12 with an electric motor for movement the throttle valve and a position controller to control the Throttle position is supplied.
  • Air control 4 further calculates a desired lean air / fuel ratio des_lean_lambda that the fuel control 2 is supplied.
  • the fuel control 2 continues to receive the signal maf an air mass flow sensor arranged in the air intake system 16 as well as the engine speed. From these input signals the required fuel injection quantity is calculated and by pulse width modulation of the injection pulses on injection actuators 10 issued.
  • the ignition controller 6 determines a plurality of Input signals such as des_load, the engine speed n and depending on the current mode (lean_run_flag) the respective optimal ignition times that are delivered to the ignition system 14 be passed on.
  • FIG. 2 shows the mode of operation of an intake air control method according to the invention shown.
  • a desired air mass value ds_ld determined approximately in the stoichiometric operating mode an air mass value for the desired engine torque represents.
  • the value ds_ld becomes - like that other air mass variables also - expediently on the at the respective speed, the maximum possible air mass flow normalized when the throttle valve is fully open (relative Air mass value).
  • the transient behavior of ds_ld is controlled by an electronic Filter member 42 dampened to avoid undesirable engine reactions to avoid under extreme load changes.
  • an air mass value of the idle speed control isc_load added.
  • the air mass value calculated in this way is called des_load.
  • des_lean_load designated air mass value based on a two-dimensional Map 50 with des_lean_load and the engine speed n as a map input variable in a manipulated variable implemented for the throttle valve actuator des_tp, the is then implemented by the throttle valve actuator.
  • the map is chosen so that des_tp becomes an approximation des_lean_load corresponding intake air quantity leads.
  • the Map 50 describes the flow characteristics of the air intake system. If in the air intake system either in operative position bringable facilities are available that the Change flow characteristics in the intake system (e.g. one So-called swirl control valve) are expedient to provide different maps 50.
  • the value des_load is at multiplication point 48 with the Factor 1.0 multiplied if by using lean_run_flag stoichiometric operation is specified (position 56 of the schematic switch 54).
  • lean operation is against via a two-dimensional map 64 depending on the Map input variables des_load and engine speed n a desired lean air / fuel ratio des_lean_lambda determined.
  • the map values for des_lean_lambda are determined in test series so that the engine is operated as lean as possible, without uneven running to show.
  • the value of the_lean_lambda is below at a multiplication point 60 with an engine efficiency ratio multiplied by eta_eng the change in engine efficiency at the transition between Operating modes lean and stoichiometric is compensated.
  • the Value eta_eng is based on a two-dimensional map 62 depending on the map input variables des_load and the engine speed n is determined.
  • the uncorrected value des_lean_lambda is also sent to fuel control 2 passed on and in lean operation to calculate the required Amount of fuel used for a given air mass flow. By multiplying des_load by 48 in lean operation the air mass flow is adjusted so that the engine torque essentially constant when switching modes remains. To avoid unwanted engine reactions, are rapid changes in the time factor with which des_load is multiplied at 48 by means of an electronic Filter member 52 damped.
  • FIG. 3 is a modified embodiment of the invention shown.
  • the mode of action is essentially corresponding to the intake air control shown in Fig. 2.
  • Fig. 2 there is also the fact that des_lean_load corrected a measured actual air mass value load becomes.
  • the value load is derived from the measured value in the intake system arranged air mass flow sensor determined. On this way, discrepancies between actual and desired air mass values, e.g. due to neglect the influence of intake air temperature and of air pressure can be compensated.
  • From the sizes load and des_lean_load becomes a difference signal at 72 formed that a suitably tuned proportional / integral controller (PI controller) is supplied.
  • PI controller proportional / integral controller
  • des_lean_lambda at 80 through an offset value is modified based on a map 82 depending on the cooling water temperature ect (engine coolant tepmerature) is determined so that when cold Engine lower and higher with a warm internal combustion engine Air / fuel ratios can be set.
  • ect engine coolant tepmerature

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors mit einem Betriebsmodus mit einem im wesentlichen stöchiometrischem Luft-/Kraftstoffgemisch und einem Betriebsmodus mit magerem Luft-/Kraftstoffgemisch, wobei der Verbrennungsmotor eine elektronische Motorsteuerung aufweist, die als Eingangssignal wenigstens das Signal eines Gaspedalstellungssensors erhält und die als Ausgangssignal wenigstens einen Stellwert für einen Drosselklappen-Aktuator zur Beeinflussung der Ansaugluftmenge berechnet, und die Motorsteuerung eine Einrichtung zur Entscheidung, ob der Motor stöchiometrisch oder mager betrieben wird, aufweist.
Der Betrieb eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einem möglichst mageren Gemisch - d.h. mit einem hohen Luft/Kraftstoffverhältnis lambda - führt zu einer besseren Kraftstoffausnutzung und einem günstigerem Emissionsverhalten als es bei dem Betrieb konventionell stöchiometrisch betriebener Motoren der Fall ist. Bei höheren Motordrehzahlen und/oder Drehmomenten - z.B. bei Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs - ist jedoch üblicherweise eine Umschaltung in einen stöchiometrischen Betriebsmodus mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis lambda von ungefähr 1,0 erforderlich, da die Motorleistung im Magerbetrieb begrenzt ist. Im Magerbetrieb arbeitet der Motor bei dem maximal möglichen Luft/Kraftstoffverhältnis (kurz unterhalb der sog. Laufunruhegrenze) am effizientesten. Bei stöchiometrischem Betrieb wird dagegen angestrebt, lambda möglichst nahe bei dem Wert 1,0 zu halten, damit eine effektive katalytische Abgasreinigung erfolgen kann. Deshalb soll die Umschaltung zwischen Mager- und stöchiometrischen Betrieb bzw. umgekehrt so rasch wie möglich erfolgen.
Bei einem Übergang z.B. vom stöchiometrischen Betrieb auf Magerbetrieb muß die zugeführte Luftmenge bei näherungsweise gleichbleibender Kraftstoffzufuhr vergrößert werden. Hierzu muß die elektronische Motorsteuerung die zugeführte Luftmenge beeinflussen können, was zweckmäßigerweise über eine elektronisch steuerbare Drosselklappe geschieht. Die Drosselklappenstellung soll bei einer Modusumschaltung so angepaßt werden, daß das Drehmoment des Motors im wesentlichen konstant bleibt, damit keine vom Fahrer des den Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeugs wahrnehmbare Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsänderung auftritt.
Bei bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird mittels eines Algorithmus aus der Gaspedalstellung und einer Mehrzahl weiterer Motorparameter wie z.B. Drehmoment, Zündwinkel und Abgasrückführungsrate bei Motoren mit Abgasrückführung das aktuelle Motordrehmoment berechnet. Je nach Betriebsmodus - mager oder stöchiometrisch - kommen dabei unterschiedliche Berechnungsroutinen für das Motordrehmoment zum Einsatz. Die Drosselklappenstellung wird bei Änderung des Betriebsmodus durch die Luftsteuerung derart korrigiert, daß das Motordrehmoment im wesentlichen konstant bleibt.
Ein Nachteil der bekannten Lösungsvorschläge ist der relativ hohe Hardware- und Softwareaufwand in der elektronischen Motorsteuerung, der für ein mathematisches Modell nötig ist, das das aktuelle Motordrehmoment aus einer Vielzahl von Motorbetriebsparametern berechnet. Auch ist der Entwicklungsaufwand erheblich und die Anpassung an veränderte Fahrzeugtypen komplex. Weiterhin treten bei bekannten Verfahren Probleme bei der Modusumschaltung während Lastwechselreaktionen (z.B. bei Beschleunigungen) auf, so daß bei den bekannten Verfahren ein Moduswechsel stöchiometrisch-mager häufig nur erlaubt wird, wenn die Motorbetriebsbedingungen für eine vorgegebene Zeit (z.B. eine Sekunde) konstant sind. Dies führt zu einer geringeren Betriebszeit des Motors im Magermodus und somit zu einer verschlechterten Kraftstoffökonomie.
Aus der EP 0 687 809 A2 ist eine Ausführungsform einer Motorsteuerung bekannt (Figur 10), bei welcher aus der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl mit Hilfe eines ersten Kennfeldes ein gewünschtes Motordrehmoment bestimmt wird. Dieses gewünschte Motordrehmoment und die Motordrehzahl werden dann dazu verwendet, die Kraftstoffmenge, den Luftmassenstrom und die Zündwinkeleinstellung anzupassen. Dabei wird mit Hilfe einer Klassifikationstabelle ein zu dem gewünschten Motordrehmoment und der Motordrehzahl passendes Luft-/Kraftstoffverhältnis festgelegt. Für jedes derart auswählbare Luft-/Kraftstoffverhältnis ist ferner ein zugeordnetes Kennfeld vorhanden, aus dem zu dem gewünschten Motordrehmoment und der Motordrehzahl der einzustellende Öffnungswinkel der Drosselklappe abgelesen werden kann. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass das Luft-/Kraftstoffverhältnis nur in diskreten Schritten eingestellt werden kann und dass für jeden dieser Schritte ein eigenes Kennfeld für den einzustellenden Öffnungswinkel bereitgehalten werden muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit möglichst geringem Hard- und Softwareaufwand eine Anpassung der Luftmenge bei Modusumschaltung derart erfolgt, daß das Motordrehmoment im wesentlichen konstant bleibt und bei dem die Modusumschaltung jederzeit - also auch bei Lastwechseln - erfolgen kann.
Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt gemäß den Schritten
  • a) bis c) des Patentanspruches 1.
    • In Schritt a) wird anhand eines Kennfeldes mit wenigstens der Gaspedalstellung als Kennfeldeingangsvariabler ein gewünschter Luftmassenwert des_load bestimmt. Bei dem Kennfeld kann es sich - wie bei allen weiteren nachfolgend diskutierten Kennfeldern auch - um einen ein- oder mehrdimensionalen Tabellenspeicher oder um eine mathematische Funktion der Kennfeldeingangsvariablen handeln. Die Variable des_load repräsentiert im stöchiometrischen Betriebsmodus näherungsweise einen Luftmassenwert zum Erreichen des bei der aktuellen Gaspedalstellung gewünschten Motordrehmoments. Dabei können Motorparameter wie z.B. die Abgasrückführrate und die Zündwinkeleinstellung, die einen nur relativ geringen Einfluß auf das Motordrehmoment haben, bei der Bestimmung von des_load vernachlässigt werden.
    Bei stöchiometrischem Betrieb wird der gewünschte Luftmassenwert über ein Kennfeld in einen Stellwert für den Drosselklappen-Aktuator umgerechnet, wobei die diesem Stellwert entsprechende Drosselklappenstellung zu einer näherungsweise des_lean_load entsprechenden Ansaugluftmenge führt. Dieses Kennfeld charakterisiert somit die Strömungscharakteristik des Einlaßsystems des Verbrennungsmotors.
    Im Magerbetrieb wird in Schritt b) des_load mit dem gewünschten mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda multipliziert, dessen Wert mittels eines Kennfelds bestimmt wird. Mit dem aus der Multiplikation erhaltenen Produkt des_lean_load geht man in das Kennfeld gemäß Schritt c). Dadurch wird z.B. bei einer Umschaltung stöchiometrisch-mager die Luftzufuhr in adäquatem Maße erhöht, so daß ein signifikanter Drehmomentabfall vermieden wird.
    In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in den Schritten a) bis c) zusätzlich die Motordrehzahl als unabhängige Kennfeldeingangsvariable benutzt wird.
    Weiterhin kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß bei Magerbetrieb das ermittelte magere Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda vor der Multiplikation mit des_load in Schritt b) zusätzlich mit einem Faktor eta_eng multipliziert wird, der näherungsweise dem Verhältnis zwischen dem Motorwirkungsgrad im Magerbetrieb zu dem Motorwirkungsgrad im stöchiometrischen Betrieb bei jeweils gleicher Kraftstoffzufuhr entspricht, wobei eta_eng anhand eines Kennfeldes mit wenigstens des_load und der Motordrehzahl als Kennfeldeingangsvariablen bestimmt wird. Da sich der Wirkungsgrad des Motors bei gleicher Kraftstoffzufuhr beim Übergang zum Magerbetrieb verbessert (typischerweise um ca. 10%), würde sich das Motordrehmoment im Magerbetrieb gegenüber dem stöchiometrischen Betrieb bei gleichbleibender Kraftstoffzufuhr um dieses Verhältnis vergrößern. Durch entsprechende Korrektur von des_lean_lambda kann diese Drehmomentzunahme kompensiert werden.
    In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, daß schnelle zeitliche Variationen des Faktors, mit dem in Schritt b) des_load multipliziert wird, durch ein elektronisches Filterglied gedämpft werden. Eine sprunghafte Veränderung dieses Faktors tritt bei einer Modusumschaltung stöchiometrisch-mager bzw. umgekehrt auf. Um unerwünschte Motorreaktionen zu vermeiden, können diese sprunghaften Änderungen durch das elektronische Filterglied gedämpft werden. Auch kann vorgesehen sein, daß schnelle zeitliche Variationen des Signals des_load durch ein weiteres elektronisches Filterglied gedämpft werden. Damit werden schnelle Bewegungen des Gaspedals gedämpft, um unerwünschte Motorreaktionen bei extremen Lastwechseln zu vermeiden.
    Weiterhin kann es zweckmäßig sein, zu dem Wert des_load vor der Multiplikation in Schritt b) einen von einer elektronischen Leerlaufdrehzahlregelung bestimmten Leerlaufluftmassenwert isc_load zu addieren, um so dem Motor die erforderliche Luftmasse für den Leerlaufbetrieb zuzuführen.
    In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß aus dem Ausgangssignal eines im Einlaßsystem des Verbrennungsmotors angeordneten Luftmassenstromsensors ein tatsächlicher Luftmassenwert load berechnet wird, und daß des_lean_load anhand der Differenz zwischen load und des_lean_load korrigiert wird. Diese Korrektur kann vorzugsweise durch ein PI-Regelglied erfolgen, das als Eingangssignal die Differenz zwischen des_lean_load und load erhält und dessen Ausgangswert anschließend dem Signal des_lean_load additiv überlagert wird. Auf diese Weise können Abweichungen zwischen tatsächlichen und gewünschten Luftmassenwerten, die z.B. infolge einer Vernachlässigung des Einflusses der Einlaßlufttemperatur und des Luftdrucks auftreten, kompensiert werden.
    Weiterhin kann vorgesehen sein, daß bei Magerbetrieb in Schritt b) von dem gewünschten mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda ein Offsetwert subtrahiert wird, der anhand eines Kennfeldes abhängig von der Kühlwassertemperatur derart bestimmt wird, daß bei kaltem Motor niedrigere und bei warmem Verbrennungsmotor höhere Luft/Kraftstoffverhältnisse eingestellt werden. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, daß das maximal mögliche Luft-/Kraftstoffverhältnis im Magerbetrieb bei kaltem Motor geringer ist als bei warmem Motor.
    Im Zusammenhang mit diesem Verfahren zur Ansaugluftsteuerung kann die von Einspritz-Aktuatoren einzuspritzende Kraftstoffmenge von der elektronischen Motorsteuerung vorteilhafterweise anhand des Meßwertes eines im Einlaßsystem des Verbrennungsmotors angeordneten Luftmassenstromsensors und im Magerbetrieb anhand des gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses des_lean_lambda (vgl. Schritt b)) berechnet werden. Im stöchiometrischen Betrieb wird als gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis der Wert 1,0 zugrundegelegt. Die Kraftstoffsteuerung erfolgt also vorzugsweise nicht anhand des von der Ansaugluftsteuerung berechneten gewünschten Luftmassenwerts, sondern aufgrund eines mittels eines Luftmassenstromsensors gemessenen tatsächlichen Luftmassenwerts.
    Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß nur wenige Rechen- und Kennfeldoperationen zur Ansaugluftberechnung erforderlich sind, so daß der Hard- und Softwareaufwand minimiert werden kann.
    Vorteilhaft ist weiterhin, daß die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommenden Kennfelder mit verhältnismäßig geringem Entwicklungsaufwand ermittelt werden können. So ist das Kennfeld in Schritt a) im wesentlichen durch die Gaspedalcharakteristik, das Kennfeld in Schritt b) durch das Magerbetriebsverhalten des Motors und das Kennfeld in Schritt c) durch die Strömungscharakteristik des Einlaßsystems bestimmt. Bei Änderungen an diesen Parametern (z.B. Einbau einer modifizierten Drosselklappe) muß lediglich das entsprechende Kennfeld angepaßt werden.
    Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die Ansaugluftberechnung in allen Motorbetriebszuständen zuverlässig arbeitet, so daß Modusumschaltungen auch unter Lastwechselreaktionen durchführbar sind. Dadurch kann im Extremfall mehrmals pro Sekunde zwischen Mager- und stöchiometrischem Betrieb hin- und hergeschaltet werden und somit die Kraftstoffersparnis durch den Magerbetrieb maximiert werden.
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    Fig.
    1 eine stark schematisierte Darstellung des Zusammenspiels der Komponenten einer elektronischen Motorsteuerung im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    ein schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansaugluftsteuerung,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    Eine elektronische Motorsteuerung eines nicht dargestellten Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit elektronisch gesteuerter Drosselklappe weist einen nicht dargestellten Mikroprozessor mit einem zugeordnetem Arbeitsspeicher RAM, und einem Festwertspeicher ROM sowie einer Vielzahl digitaler und analoger Ein- und Ausgabeports auf. Der Mikroprozessor führt gemäß Fig. 1 quasi simultan Routinen zur Kraftstoffsteuerung 2, zur Ansaugluftsteuerung 4 und zur Zündungssteuerung 6 aus. Alle Routinen können neben den in Fig. 1 dargestellten Eingangssignalen eine Vielzahl weiterer Eingangssignale erhalten, wie z.B. Motortemperatur, Kurbelwellenwinkel, Zustandswerte der Abgasreinigung usw.. Diese Eingangssignale sind der Übersichtlichkeit halber mit ... angedeutet.
    In einer Routine 8 der Motorsteuerung wird abhängig von den aktuellen Motorbetriebsparametern entschieden, ob der Verbrennungsmotor im Magermodus oder im stöchiometrischen Modus betrieben werden soll. Der aktuelle Modus wird von der Routine 8 durch das binäre lean_run_flag angezeigt. Die Luftsteuerung 4 erhält über das Ausgangssignal pp (pedal position) eines Gaspedalpotentiometers den aktuellen Drehmomentwunsch des Fahrers.
    In der Ansaugluftsteuerungsroutine 4 wird in einer nachstehend detaillierter beschriebenen Weise anhand des Betriebsmodus, der Pedalposition und der Motordrehzahl ein gewünschter Luftmassenwert des_load berechnet, der dann der Zündungssteuerung 6 und der Modussteuerung 8 zugeführt wird. Der so berechnete Wert des_load und die Motordrehzahl n sind die wesentlichen Parameter, die den jeweiligen Motorbetriebszustand charakterisieren. Die Luftsteuerung 4 berechnet einen gewünschten Stellwert für den Drosselklappen-Aktuator des_tp (desired throttle position), der einem Drosselklappen-Aktuator 12 mit einem Elektromotor zur Bewegung der Drosselklappe und einem Lageregler zur Kontrolle der Drosselklappenposition zugeführt wird. Die Luftsteuerung 4 berechnet weiterhin ein gewünschtes mageres Luft/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda, das der Kraftstoffsteuerung 2 zugeführt wird.
    Die Kraftstoffsteuerung 2 empfängt weiterhin das Signal maf eines im Lufteinlaßsystem angeordneten Luftmassenstromsensors 16 sowie die Motordrehzahl. Aus diesen Eingangssignalen wird die benötigte Kraftstoffeinspritzmenge berechnet und durch Pulsweitenmodulation der Einspritzimpulse an Einspritz-Aktuatoren 10 ausgegeben.
    Die Zündungssteuerung 6 bestimmt anhand einer Vielzahl von Eingangssignalen wie z.B. des_load, der Motordrehzahl n und in Abhängigkeit vom aktuellen Modus (lean_run_flag) die jeweiligen optimalen Zündzeitpunkte, die an die Zündanlage 14 weitergegeben werden.
    In Fig. 2 ist die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Ansaugluftsteuerungsverfahrens dargestellt. Aus der Gaspedalposition pp und der aktuellen Drehzahl wird über ein zweidimensionales Kennfeld 40 ein gewünschter Luftmassenwert ds_ld bestimmt, der im stöchiometrischen Betriebsmodus näherungsweise einen Luftmassenwert für das gewünschte Motordrehmoment repräsentiert. Der Wert ds_ld wird - wie die übrigen Luftmassenvariablen auch - zweckmäßigerweise auf den bei der jeweiligen Drehzahl maximal möglichen Luftmassenstrom bei vollständig geöffneter Drosselklappe normiert (relativer Luftmassenwert). Dadurch liegen die Werte von des_load im Bereich zwischen 0 und 1, was eine schnelle Rechnerverarbeitung mit geringen Rundungsfehlern ermöglicht. Das transiente Verhalten von ds_ld wird über ein elektronisches Filterglied 42 gedämpft, um unerwünschte Motorreaktionen bei extremen Lastwechseln zu vermeiden. An einem Additionspunkt 44 wird ein Luftmassenwert der Leerlaufdrehzahlregelung isc_load hinzuaddiert. Der so berechnete Luftmassenwert ist mit des_load bezeichnet. Im Anschluß an einen Multiplikationspunkt 48, dessen Funktion nachfolgend genauer beschrieben wird, wird der nach der Multiplikation als des_lean_load bezeichnete Luftmassenwert anhand eines zweidimensionalen Kennfeldes 50 mit des_lean_load und der Motordrehzahl n als Kennfeldeingangsvariablen in einen Stellwert für den Drosselklappen-Aktuator des_tp umgesetzt, der dann vom Drosselklappen-Aktuator umgesetzt wird. Das Kennfeld ist so gewählt, daß des_tp zu einer näherungsweise des_lean_load entsprechenden Ansaugluftmenge führt. Das Kennfeld 50 beschreibt die Strömungscharakteristik des Lufteinlaßsystems. Falls im Lufteinlaßsystem wahlweise in Wirkposition bringbare Einrichtungen vorhanden sind, die die Strömungscharakteristik im Einlaßsystem ändern (z.B. eine sog. Drallklappe (swirl control valve)), so sind zweckmäßigerweise unterschiedliche Kennfelder 50 vorzusehen.
    Der Wert des_load wird am Multiplikationspunkt 48 mit dem Faktor 1,0 multipliziert, wenn durch über lean_run_flag ein stöchiometrischer Betrieb vorgegeben wird (Position 56 des schematischen Schalters 54). Bei Magerbetrieb wird dagegen über ein zweidimensionales Kennfeld 64 abhängig von den Kennfeldeingangsvariablen des_load und der Motordrehzahl n ein gewünschtes mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda ermittelt. Die Kennfeldwerte für des_lean_lambda werden in Versuchsreihen so bestimmt, daß der Motor möglichst mager betrieben wird, ohne Laufunruheerscheinungen zu zeigen. Der Wert des_lean_lambda wird nachfolgend in einem Multiplikationspunkt 60 mit einem Motorwirkungsgradverhältnis eta_eng multipliziert, mittels dessen die Motorwirkungsgradveränderung beim Übergang zwischen den Betriebsmodi mager und stöchiometrisch kompensiert wird. Der Wert eta_eng wird anhand eines zweidimensionalen Kennfeldes 62 abhängig von den Kennfeldeingangsvariablen des_load und der Motordrehzahl n bestimmt. Der unkorrigierte Wert des_lean_lambda wird außerdem an die Kraftstoffsteuerung 2 weitergegeben und im Magerbetrieb zur Berechnung der benötigten Kraftstoffmenge bei gegebenem Luftmassenstrom verwendet. Durch die Multiplikation von des_load bei 48 im Magerbetrieb wird der Luftmassenstrom so angepaßt, daß das Motordrehmoment bei der Modusumschaltung im wesentlichen konstant bleibt. Um unerwünschte Motorreaktionen zu vermeiden, werden schnelle zeitliche Änderungen des Faktors, mit dem des_load bei 48 multipliziert wird, mittels eines elektronischen Filtergliedes 52 gedämpft.
    In Fig. 3 ist ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Wirkungsweise ist im wesentlichen entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Ansaugluftsteuerung. Gegenüber Fig. 2 kommt hinzu, daß des_lean_load anhand eines gemessenen tatsächlichen Luftmassenwertes load korrigiert wird. Der Wert load wird aus dem Meßwert eines im Einlaßsystem angeordneten Luftmassenstromsensors bestimmt. Auf diese Weise können Abweichungen zwischen tatsächlichen und gewünschten Luftmassenwerten, die z.B. infolge einer Vernachlässigung des Einflusses der Einlaßlufttemperatur und des Luftdrucks auftreten, kompensiert werden. Aus den Größen load und des_lean_load wird hierzu bei 72 ein Differenzsignal gebildet, das einem geeignet abgestimmten Proportional/Integralregler (PI-Regler) zugeführt wird. Das Reglerausgangssignal wird bei 74 zu des_lean_load addiert.
    Ein weiterer Unterschied der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß des_lean_lambda bei 80 durch einen Offsetwert modifiziert wird, der anhand eines Kennfeldes 82 abhängig von der Kühlwassertemperatur ect (engine coolant tepmerature) derart bestimmt wird, daß bei kaltem Motor niedrigere und bei warmem Verbrennungsmotor höhere Luft/Kraftstoffverhältnisse eingestellt werden. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, daß das maximal mögliche Luft-/Kraftstoffverhältnis im Magerbetrieb bei kaltem Motor geringer ist als bei warmem Motor.

    Claims (9)

    1. Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors mit einem Betriebsmodus mit einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffgemisch und einem Betriebsmodus mit magerem Luft-/Kraftstoffgemisch, wobei der Verbrennungsmotor eine elektronische Motorsteuerung aufweist, die als Eingangssignal wenigstens das Signal eines Gaspedalstellungssensors (18) erhält und die als Ausgangssignal wenigstens einen Stellwert für einen Drosselklappen-Aktuator (12) zur Beeinflussung der Ansaugluftmenge berechnet, und die Motorsteuerung eine Entscheidungseinrichtung (8) zur Entscheidung, ob der Motor stöchiometrisch oder mager betrieben wird, aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
      a) Bestimmen eines gewünschten Luftmassenwertes des_load, der im stöchiometrischen Betriebsmodus näherungsweise einen Luftmassenwert für das gewünschte Motordrehmoment repräsentiert, wobei die Bestimmung anhand eines Kennfeldes (40) mit wenigstens der Gaspedalstellung als Kennfeldeingangsvariabler erfolgt,
      b) in Abhängigkeit von dem durch die Entscheidungseinrichtung (8) vorgegebenen Betriebsmodus: im Magermodus Bestimmen eines gewünschten mageren Luft/Kraftstoffverhältnisses des_lean_lambda anhand eines Kennfeldes (64) mit wenigstens des_load als Kennfeldeingangsvariabler, und multiplizieren von des_load mit dem Faktor des_lean_lambda zu einem Produkt des_lean_load, oder, im stöchiometrischem Modus Multiplikation von des_load mit dem Faktor 1,0 zu dem Produkt des_lean_load, und
      c) Bestimmen eines Stellwerts für den Drosselklappen-Aktuator (12), wobei die diesem Stellwert entsprechende Drosselklappenstellung zu einer näherungsweise des_lean_load entsprechenden Ansaugluftmenge führt, anhand eines Kennfeldes (50) mit wenigstens des_lean_load als Kennfeldeingangsvariabler und Einstellung der Drosselklappe anhand des so bestimmten Stellwertes.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten a) bis c) zusätzlich die Motordrehzahl als unabhängige Kennfeldeingangsvariable benutzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Magerbetrieb das ermittelte magere Luft/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda vor der Multiplikation mit des_load in Schritt b) zusätzlich mit einem Faktor eta_eng multipliziert wird, der näherungsweise dem Verhältnis zwischen dem Motorwirkungsgrad im Magerbetrieb zu dem Motorwirkungsgrad im stöchiometrischen Betrieb bei jeweils gleicher Kraftstoffzufuhr entspricht, wobei eta_eng anhand eines Kennfeldes (62) mit wenigstens des_load und der Motordrehzahl als Kennfeldeingangsvariablen bestimmt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß schnelle zeitliche Variationen des Faktors, mit dem in Schritt b) des_load multipliziert wird, durch ein elektronisches Filterglied (52) gedämpft werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Wert des_load vor der Multiplikation in Schritt b) ein von einer elektronischen Leerlaufdrehzahlregelung (44) bestimmter Leerlaufluftmassenwert isc_load addiert wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal eines im Einlaßsystem des Verbrennungsmotors angeordneten Luftmassenstromsensors (16) ein tatsächlicher Luftmassenwert load berechnet wird, und daß des_lean_load anhand der Differenz zwischen load und des_lean_load korrigiert wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur durch ein PI-Regelglied (70) erfolgt, das als Eingangssignal die Differenz zwischen des_lean_load und load erhält und dessen Ausgangswert anschließend dem Signal des_lean_load additiv überlagert wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Magerbetrieb in Schritt b) von dem gewünschten mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda ein Offsetwert subtrahiert wird, der anhand eines Kennfeldes (82) abhängig von der Kühlwassertemperatur derart bestimmt wird, daß bei kaltem Motor niedrigere und bei warmem Verbrennungsmotor höhere Luft/Kraftstoffverhältnisse eingestellt werden.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Motorsteuerung eine Einrichtung (2) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge aufweist, die als Eingangssignal wenigstens den Meßwert eines im Einlaßsystem des Verbrennungsmotors angeordneten Luftmassenstromsensors (16) und das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis des_lean_lambda im Magerbetrieb erhält und als Ausgangssignal einen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge entsprechenden Wert zur Ansteuerung der Einspritz-Aktuatoren (10) berechnet.
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