EP1106813A2 - Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches - Google Patents

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EP1106813A2
EP1106813A2 EP00124703A EP00124703A EP1106813A2 EP 1106813 A2 EP1106813 A2 EP 1106813A2 EP 00124703 A EP00124703 A EP 00124703A EP 00124703 A EP00124703 A EP 00124703A EP 1106813 A2 EP1106813 A2 EP 1106813A2
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mass flow
intake manifold
manifold vacuum
dependent
tank ventilation
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • 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
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/003—Adding fuel vapours, e.g. drawn from engine fuel reservoir
    • F02D41/0045—Estimating, calculating or determining the purging rate, amount, flow or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/003—Adding fuel vapours, e.g. drawn from engine fuel reservoir
    • F02D41/0042—Controlling the combustible mixture as a function of the canister purging, e.g. control of injected fuel to compensate for deviation of air fuel ratio when purging

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the Mass flow of a gas mixture according to the generic term of Claim 1.
  • an internal combustion engine is included Tank ventilation system and a method for controlling the Tank vent valve known.
  • the control signal of a Tank vent valve is preferably a pulse width modulated signal, its duty cycle and its period or control frequency depending on the operating parameters of the internal combustion engine, such as. B. the Speed, are variably specifiable.
  • Evaporated fuel in the tank must not be burned to the environment be delivered. Therefore, the gas mixture of air and evaporated Fuel usually from an activated carbon store through the electronic controllable tank ventilation valve into the intake manifold and further into the Combustion chamber of the internal combustion engine. Despite this additional Gas mixture supply from the tank ventilation system should be as little as possible Deviation from the current load and speed-dependent optimal target fuel-air mixture for the combustion process in the cylinders occur. Therefore, a precise knowledge of the mass flow from the Tank ventilation system required.
  • a stored in the control unit is complete open tank ventilation valve maximum mass flow depending on current intake manifold vacuum specified.
  • the current one Mass flow is determined by an algorithm in the control unit, at one of the coulters depending on the activation time of the tank ventilation valve of straight lines with the control frequency of the control signal and with the maximum mass flow is multiplied.
  • the straight lines are through from Slope factors dependent on the intake manifold vacuum and by the Suction pipe vacuum dependent offset values defined.
  • the family of straight lines is replaced by a Straight line equation
  • the set of straight lines specified by a map.
  • the maximum mass flow m ⁇ maX through the tank ventilation system is first empirically determined at a duty cycle of 100% and stored in the control unit.
  • the current to be determined mass flow m ⁇ is related to this maximum mass flow m ⁇ max.
  • By multiplying the ratio of the instantaneous mass flow m ⁇ is the maximum mass flow m ⁇ max with the period duration (or 1 / driving frequency) is an independent of the driving frequency of the drive signal normalized mass pulse value m is m Max 1 ⁇ generated. As shown in Fig.
  • this mass pulse value m is m Max 1 ⁇ plotted over the activation time T of the tank ventilation valve by a family of straight lines (A, B) dependent on the intake manifold vacuum dps.
  • A, B the two straight lines A (for a suction pipe negative pressure value dps2) and B (for a suction pipe negative pressure value dps1) are shown only as an example, dps1 being smaller than dps2.
  • a large number of straight lines can be specified.
  • the respective offset value b (b A , b B ) and the respective gradient factor a (a A , a B ) of the straight line (A, B) depend on the intake manifold vacuum dps (dps1, dps2) as parameters.
  • the influence of the intake manifold vacuum on the time behavior of the gas column in the tank ventilation system is taken into account.
  • Intake manifold vacuum dps either the sole intake manifold vacuum or also the differential pressure between the intake manifold vacuum and the Ambient pressure is to be understood, which is preferably by means of a Pressure sensor is measured on the intake manifold.
  • the intake manifold vacuum or the differential pressure dps is the input signal of a mass flow characteristic 1, an offset characteristic 2 and a gradient characteristic 3.
  • the characteristics 1, 2, 3 are determined empirically and stored in the control unit.
  • the mass flow characteristic 1 specifies the maximum mass flows m ⁇ max when the tank ventilation valve is fully open, depending on the current intake manifold vacuum dps.
  • the offset characteristic curve 2 specifies the offset values b (b A , b B ) depending on the intake manifold vacuum dps and the gradient characteristic curve 3 specifies the gradient factors a (a A , a B ) dependent on the intake manifold vacuum pressure dps.
  • the pulse duty factor V and the period 1 / f of the pulse-width-modulated control signal are input signals of a conversion unit 4.
  • the control time T of the tank ventilation valve is determined from the pulse duty factor V and the period duration 1 / f.
  • the respectively given gradient factor a is multiplied at a first multiplication point by this actuation period T of the tank ventilation valve.
  • This product is then added to the respective offset value b at a summing point.
  • the output signal of the summing point is divided by the period 1 / f at a quotient formation point.
  • the output signal of the quotient formation point is finally multiplied by the maximum mass flow m ⁇ max at a second multiplication point.
  • the result is an exact determination of the mass flow m ⁇ actual .
  • the accuracy of the method can be optimized by a large number of reference points in the characteristic curves.
  • the offset characteristic curve 2, the slope characteristic curve 3, the summing point and the first multiplication point are combined in FIG. 2 as arithmetic unit 5.
  • Computing unit 5 also a map representing the family of straight lines be used.
  • the method according to the invention is invertible, so that the algorithm can also be used to control the mass flow.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein im Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck vorgegeben. Der momentane Massenstrom wird durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt, bei dem eine von der Ansteuerzeit des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden mit der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom multipliziert wird. Die Geraden sind durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Steigungsfaktoren und durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Offsetwerte definiert. In einer ersten Alternative wird die Schar von Geraden durch eine Geradengleichung, in einer zweiten Alternative wird die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beispielsweise aus der DE 43 19 772 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungsanlage sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils bekannt. Das Ansteuersignal eines Tankentlüftungsventils ist vorzugsweise ein pulsweitenmoduliertes Signal, dessen Tastverhältnis und dessen Periodendauer bzw. Ansteuerfrequenz abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie z. B. der Drehzahl, variabel vorgebbar sind.
Verdunsteter Kraftstoff im Tank darf nicht unverbrannt an die Umgebung abgegeben werden. Daher wird das Gasgemisch aus Luft und verdunstetem Kraftstoff üblicherweise aus einem Aktivkohlespeicher durch das elektronisch ansteuerbare Tankentlüftungsventil in das Saugrohr und weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine geführt. Trotz dieser zusätzlichen Gasgemischzufuhr aus der Tankentlüftunganlage soll möglichst keine Abweichung vom aktuellen last- und drehzahlabhängigen optimalen Soll-Kraftstoff-Luft-Gemisch für den Verbrennungsprozeß in den Zylindern auftreten. Daher ist eine genaue Kenntnis des Massenstroms aus der Tankentlüftungsanlage erforderlich.
Hierzu existieren bereits Modelle in den Steuergeräten für gedrosselte Verbrennungsmotoren. Diese Modelle schätzen den Massenstrom abhängig vom Tastverhältnis des Ansteuersignals und vom Saugrohrunterdruck mit Hilfe von abgespeicherten Kennfeldern ab. Der Saugrohrunterdruck hängt von der Stellung der Drosselklappe bzw. vom Ausmaß der Drosselung ab. Die Genauigkeit dieser Modelle ist bei hohem Saugrohrunterdruck ausreichend. Bei niedrigem Saugrohrunterdruck, insbesondere bei ungedrosselter Brennkraftmaschine, sind die Modelle sehr ungenau. Die Modelle für gedrosselte Brennkraftmaschinen gehen von einer bekannten überkritischen Durchströmung des Tankentlüftungssystems bei verschiedenen Tastverhältnissen aus und rechnen für unterkritische Durchströmung den überkritischen Massenstrom über Hilfsgrößen, die im wesentlichen den Saugrohrunterdruck berücksichtigen, in einen unterkritischen Massenstrom um. Dabei entstehen für den unterkritischen Bereich Schätzungfehler von bis zu 100%. Diese Schätzungsfehler können im ungedrosselten Zustand einer Brennkraftmaschine und insbesondere für vollständig entdrosselte Brennkraftmaschinen nicht akzeptiert werden. Durch Entdrosselung einer Brennkraftmaschine kann eine generelle Verbrauchsreduzierung erzielt werden, deshalb werden solche Konzepte, wie z. B. VVT Systeme (Variabler Ventiltrieb), in Zukunft verstärkt verfolgt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine genauere Bestimmung des Massenstroms aus einer Tankentlüftungsanlage für unterkritische und überkritische Durchströmung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß wird ein im Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck vorgegeben. Der momentane Massenstrom wird durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt, bei dem eine von der Ansteuerzeit des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden mit der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom multipliziert wird. Die Geraden sind durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Steigungsfaktoren und durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Offsetwerte definiert.
In einer ersten Alternative wird die Schar von Geraden durch eine Geradengleichung, in einer zweiten Alternative wird die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben.
Vorzugsweise wird der Massenstrom durch ff. Formel berechnet: m ist=(a × T + b) × f × m max wobei
a
der Steigungsfaktor,
b
der Offsetwert,
T
die Ansteuerzeit,
(a × T + b)
die Geradengleichung
f
die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals,
m ˙ ist
der zu bestimmende Ist-Massenstrom und
m ˙ max
der maximale Massenstrom bei vollständig geöffnetem Ventil
sind. Der Steigungsfaktor (a) sowie der Offsetwert (b) werden dabei beispielsweise jeweils durch eine vom Saugrohrunterdruck abhängige Kennlinie vorgegeben.
Durch das genannte Verfahren ist eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung des Tankentlüftungs-Massenstroms für alle, speziell auch für geringe Saugrohrunterdruckwerte, wie sie insbesondere bei entdrosselten Motorkonzepten auftreten, möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1
eine von der Ansteuerzeit abhängige Schar von Geraden mit vom Saugrohrunterdruck abhängigen Steigungsfaktoren und Offsetwerten, und
Fig. 2
den erfindungsgemäßen Algorithmus in Form eines Blockschaltbildes
Erfindungsgemäß wird abhängig vom Saugrohrunterdruck dps (vgl. Fig. 2) zunächst der maximale Massenstrom m ˙ maX durch das Tankentlüftungssystem bei einem Tastverhältnis von 100% empirisch ermittelt und im Steuergerät abgespeichert. Der zu bestimmende momentane Massenstrom m ˙ ist wird auf diesen maximalen Massenstrom m ˙ max bezogen. Durch Multiplikation des Verhältnisses des momentanen Massenstroms m ˙ ist zum maximalen Massenstrom m ˙ max mit der Periodendauer (bzw. 1/Ansteuerfrequenz) wird ein von der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals unabhängiger normierter Massenimpulswert m ist m max 1ƒ erzeugt. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird dieser Massenimpulswert m ist m max 1ƒ aufgetragen über der Ansteuerzeit T des Tankentlüftungsventils durch eine vom Saugrohrunterdruck dps abhängige Schar von Geraden (A, B) näherungsweise beschrieben. In Fig. 1 sind lediglich als Beispiel die beiden Geraden A (bei einem Saugrohrunterdruckwert dps2) und B (bei einem Saugrohrunterdruckwert dps1) dargestellt, wobei dps1 kleiner als dps2 ist. Abhängig von der Anforderung an die Genauigkeit kann jedoch eine Vielzahl von Geraden vorgegeben werden.
Der Massenimpulswert m ist m max 1ƒ kann mittels ff. Geradengleichung dargestellt werden: m ist m max ƒ = (a×T+b)
Der jeweilige Offsetwert b (bA, bB) und der jeweilige Steigungsfaktor a (aA, aB) der Geraden (A, B) hängen vom Saugrohrunterdruck dps (dps1, dps2) als Parameter ab. Hierbei wird der Einfluß des Saugrohrunterdrucks auf das Zeitverhalten der Gassäule im Tankentlüftungssystem berücksichtigt. Durch Auflösung dieser Geradengleichung nach dem Massenstrom m ˙ ist erhält man im daraus resultierenden Modell den erfindungsgemäßen Algorithmus zur Bestimmung des mometanen Ist-Massenstroms m ˙ ist : m ist = (a × T + b) × f × m max
Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff Saugrohrunterdruck dps entweder der alleinige Saugrohrunterdruck oder auch der Differenzdruck zwischen dem Saugrohrunterdruck und dem Umgebungsdruck zu verstehen ist, der vorzugsweise mittels eines Drucksensors am Saugrohr gemessen wird.
In Fig. 2 ist der Saugrohrunterdruck bzw. der Differenzdruck dps Eingangssignal einer Massenstromkennlinie 1, einer Offsetkennlinie 2 und einer Steigungskennlinie 3. Die Kennlinien 1, 2, 3 werden empirisch ermittelt und im Steuergerät abgespeichert. Durch die Massenstromkennlinie 1 werden die bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximalen Massenströme m ˙ max abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck dps vorgegeben. Durch die Offsetkennlinie 2 werden die Offsetwerte b (bA, bB) abhängig vom Saugrohrunterdruck dps und durch die Steigungskennlinie 3 werden die Steigungsfaktoren a (aA, aB) abhängig vom Saugrohrunterdruck dps vorgegeben.
Das Tastverhältnis V und die Periodendauer 1/f des pulweitenmodulierten Ansteuersignals sind Eingangssignale einer Umrechnungseinheit 4. In der Umrechnungseinheit 4 wird die Ansteuerzeit T des hier nicht dargestellten Tankentlüftungsventils aus dem Tastverhältnis V und der Periodendauer 1/f bestimmt. Der jeweils vorgegebene Steigungsfaktor a wird an einer ersten Multiplizierstelle mit dieser Ansteuerdauer T des Tankentlüftungsventils multipliziert. Dieses Produkt wird anschließend an einer Summierstelle zum jeweiligen Offsetwert b addiert. Das Ausgangssignal der Summierstelle wird an einer Quotientenbildungsstelle durch die Periodendauer 1/f geteilt. Das Ausgangssignal der Quotientenbildungsstelle wird schließlich an einer zweiten Multiplizierstelle mit dem maximalen Massenstrom m ˙ max multipliziert. Das Ergebnis ist eine genaue Bestimmung des gesuchten Massenstroms m ˙ ist Die Genauigkeit des Verfahrens kann durch eine hohe Anzahl der Stützstellen in den Kennlinien optimiert werden.
Neben der genauen Bestimmung des Massenstroms insbesondere auch bei niedrigen Saugrohrunterdruckwerten ist ein weiterer Vorteil dieses erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles der Verzicht auf mehrdimensionale Kennfelder.
Die Offsetkennlinie 2, die Steigungskennlinie 3, die Summierstelle und die erste Multiplizierstelle sind in Fig. 2 als Recheneinheit 5 zusammengefaßt. In einer hier nicht dargestellten Alternative kann erfindungsgemäß anstelle der Recheneinheit 5 auch ein die Schar der Geraden wiedergebendes Kennfeld verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist invertierbar, so daß der Algorithmus auch zur Regelung des Massenstromes verwendet werden kann.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches, das von einer Tankentlüftungsanlage in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geführt wird, mittels eines elektronischen Steuergerätes abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck und abhängig vom Ansteuersignal des Tankentlüftungsventils, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom (m ˙ maX) abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck (dps) vorgegeben wird und daß der momentane Massenstrom (m ˙ ist) durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt wird, bei dem eine von der Ansteuerzeit (T) des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden, die durch vom Saugrohrunterdruck (dps) abhängige Steigungsfaktoren (a) und durch vom Saugrohrunterdruck (dps) abhängige Offsetwerte (b) definiert sind, mit der Ansteuerfrequenz (f) des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom (m ˙ max) multipliziert wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schar von Geraden durch die Geradengleichung (ax T + b) vorgegeben wird, wobei
    a
    der Steigungsfaktor einer Gerade,
    b
    der Offsetwert einer Gerade und
    T
    die Ansteuerzeit des Ansteuersignals
    sind, und daß der Steigungsfaktor (a) sowie der Offsetwert (b) jeweils durch eine vom Saugrohrunterdruck abhängige Kennlinie (2, 3) vorgegeben werden.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben wird.
EP00124703A 1999-12-10 2000-11-11 Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches Expired - Lifetime EP1106813B1 (de)

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