WO1996010690A1 - Steuersystem für die kraftstoffzumessung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuersystem für die kraftstoffzumessung einer brennkraftmaschine Download PDF

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Bernd Schott
Klaus Joos
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine

Definitions

  • the invention is based on a control system for the fuel metering of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • this control system carries out a so-called hot start correction of the control signal for the at least one injection signal, the basis for recognizing the hot start situation being temperature signals.
  • a hot start is used when e.g. B. after a short break in operation, the engine is still hot.
  • fuel vapor bubbles form in the fuel lines and also in the injection valve itself. In a subsequent starting process, these fuel vapor bubbles then hinder the regular fuel metering.
  • An extended injection signal is therefore output under hot start conditions so that a certain minimum amount of fuel is made available to the combustion process even when fuel vapor bubbles occur can. The question inevitably arises when and for how long there is a hot start situation.
  • US 4 951 633 also deals with the hot star problem.
  • a hot start situation is assumed there if a defined period of time has not expired after switching off the ignition and both the intake air temperature and the engine temperature exceed certain threshold values.
  • the hot start situation ends when the engine temperature falls below a threshold value or in the event of a further attempt to start.
  • FIG. 1 shows a qualitative representation of speed and different temperatures in an internal combustion engine before and after it is switched off in connection with the problem of a hot start
  • FIG. 2 shows a rough overview flow diagram in connection with a hot start correction
  • FIG. 3 shows a detailed flow diagram with Specification of the conditions for setting and resetting a special bit that characterizes a hot start situation.
  • FIG. 1 shows the course of speed and various temperatures in an internal combustion engine before and after it is switched off, plotted over time in each case.
  • the ignition is switched off in the internal combustion engine, with the result that the speed drops to 0 by a subsequent time t- (curve a).
  • curve b shows the course of the internal combustion engine temperature: it slowly decreases after the internal combustion engine is switched off. The internal combustion engine temperature is equated with the temperature of the coolant.
  • Curve c indicates the course of the intake air temperature. During the normal running of the internal combustion engine, it is generally far below the internal combustion engine temperature, because new intake air is continuously drawn in by the warm internal combustion engine. After the internal combustion engine has been switched off, the inflow of fresh intake air ceases. The intake air in the intake pipe heats up to the engine compartment temperature and in the following has a course approximating the internal combustion engine temperature.
  • the other characteristic curve (d) indicates the time course of the injector temperature. This course is characterized by a very strong increase and by values which go beyond those of the internal combustion engine temperature. This is because the injection valves are located in the area of the cylinder head and this part becomes particularly hot when the internal combustion engine is running.
  • the diagram in FIG. 1 illustrates the danger of steam bubbles forming in the fuel with the very sharp rise and the very high values of the injector temperature.
  • the diagram also shows that the injection valve temperature has approximately the course of the intake air temperature and, consequently, the injection valve temperature can be inferred from the intake air temperature. It is now known from measurements in which range critical injection valve temperatures are at which hot start problems are to be expected. In the illustration of FIG. 1, this range lies between the times t 2 and 3. It is given approximately when and as long as the intake air temperature has a certain value higher than when the internal combustion engine is switched off. An amount between about 5 ° C and about 20 ° C, for example about 12 ° C, is given here as an example. Of course, this value only applies to a special internal combustion engine, since other amounts may inevitably apply to other internal combustion engines due to different designs.
  • FIG. 2 shows a rough overview of the flow diagram of a program-controlled signal processing system for controlling the fuel metering of an internal combustion engine.
  • Block 10 reads in the various operating data.
  • the determination of a basic measurement signal follows in FIG. 11, which is corrected in the following block 12 so that it can ultimately be provided in an output unit 13 as an injection signal for an injection valve.
  • FIG. 3 shows in detail a flow chart for determining a hot start situation, which is characterized by the hot start bit B_HS then set.
  • a query 21 is made as to whether the internal combustion engine temperature tmot exceeds a first threshold value TMH. If this is the case, a subsequent query 22 is used to query the difference between two intake air values to determine whether the amount of this difference z. B. exceeds 12 ° C. If so, the hot start bit B_HS is set. This takes place in block 23. In the further program run, there is a query 25 as to whether the internal combustion engine temperature tmot is below is half a second threshold TMGHS. If not, integration of the air mass drawn in by the internal combustion engine starts in block 26.
  • the hot start bit B_HS is immediately reset in block 28.
  • the flowchart in FIG. 3 illustrates that a hot start situation is assumed and thus a hot start bit is set when the internal combustion engine temperature t mot exceeds a first threshold value TMH and additionally an increase in the intake air temperature delta-tans by a certain value has taken place since a last measurement.
  • the last value can be the one that prevailed at the time the internal combustion engine was shut off, or it could be an average or a minimum value during a certain phase before the internal combustion engine was switched off.
  • the new value is obtained at the time of entry Switching the ignition or the starter, whereby averages can also be formed.
  • the hot start bit B_HS now remains set until the internal combustion engine temperature tmot falls below a second threshold value TMGHS, or only after the flow of a predetermined total air mass IMLHS in the intake pipe, which is done by integrating the air mass ml in block 26 and the query with Block 27 is detectable. This applies regardless of the difference between the intake air temperature values (delta-tans) in block 22. This ensures that a hot start is assumed even with a relatively short repeat start in the range between times 2 and t 3 of FIG. 1, although in this case the query in block 22 results in only a small temperature difference delta-tans.
  • the following threshold values have proven to be expedient:
  • TMH between the generally specifiable values TMH1 and TMH2, approximately in the range between 80 and 110 ° C, preferably between 95 and 105 ° C accordingly
  • TMGHS between values TMGHSl and TMGHS2 in the range between 70 and 100 ° C, preferably between 85 and 95 ° C, threshold value of the air mass IMLHS sucked in between MLl and ML2, i.e. between 0 kg and about 4 kg.

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Abstract

Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine mit Mitteln zum Erfassen von Betriebsdaten, einer programmgesteuerten Signalverarbeitungsanlage sowie Mitteln zur Ausgabe eines Ansteuersignals an wenigstens ein Einspritzventil, wobei im Rahmen der Signalverarbeitung bei gegebener Heißstartsituation eine sog. Heißstartkorrektur des Ansteuersignals durchgeführt wird, und Basis für das Erkennen einer Heißstartsituation Temperatursignale sind, ferner eine Heißstartsituation dann angenommen wird, wenn die Brennkraftmaschinentemperatur tmot höher als eine erste Schwelle TMH liegt und die Differenz der Ansauglufttemperatur (delta tans) zwischen einem früheren Wert und dem Wert zu Beginn des neuen Starts betragsmäßig eine Schwelle überschreitet, und die Heißstartsituation als nicht mehr gegeben angesehen wird, wenn die Brennkraftmaschinentemperatur unterhalb einer zweiten Schwelle TMGHS liegt oder nachdem die Brennkraftmaschine eine bestimmte Luftmenge oder -masse angesaugt hat.

Description

Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftma- schine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für die Kraft¬ stoffzumessung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches. Dieses Steuersystem führt im Rahmen der Signalverarbeitung bei einer gegebenen Heißstartsituation eine sogenannte Heißstartkorrektur des Ansteuersignais für das wenigstens eine Einspritzsignal durch, wobei Basis für das Erkennen der Heißstartsituation Temperatursignale sind.
Generell wird dann von einem Heißstartfall gesprochen, wenn z. B. nach einer kurzen Betriebspause der erneute Start bei einer dann noch heißen Brennkraftmaschine erfolgt. Bei ruhender heißer Maschine bilden sich Kraftstoffdampfblasen in den Kraf stoffleitungen sowie auch im Einspritzventil selbst. Bei einem nachfolgenden Startvorgang behindern diese Kraftstoffdampfblasen dann die reguläre Kraftstoffzumessung. Deshalb wird unter Heißstartbedingungen ein verlängertes Einspritzsignal ausgegeben, damit auch beim Auftreten von Kraftstoffdampfblasen eine gewisse Mindestmenge an Kraft¬ stoff dem Verbrennungsprozeß zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei stellt sich zwangsläufig die Frage, wann und wie lange eine Heißstartsituation vorliegt.
Die Problematik des Heißstartes wurde schon verschiedentlich in der Literatur behandelt. Beispielhaft seien zwei Doku¬ mente angegeben.
Die DE 40 39 598 A (R. 24018) offenbart "Heißstartverfahren und -Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine". Eine Hei߬ startsituation wird bei der dort angegebenen Lehre dann an¬ genommen, wenn sowohl die Motortemperatur als auch die An¬ sauglufttemperatur bestimmte Schwellwerte übersteigen und darüber hinaus die betragsmäßige Differenz zwischen der An¬ sauglufttemperatur zu einem früheren Zeitpunkt und der An¬ sauglufttemperatur bei einem neuen Start oberhalb einer wählbaren Schwelle liegt.
Die US 4 951 633 behandelt ebenfalls die Heißstar -Problema¬ tik. Dort wird dann eine Heißstartsituation angenommen, wenn eine definierte Zeitspanne nach Ausschalten der Zündung noch nicht abgelaufen ist und sowohl die Ansauglufttemperatur als auch die Motortemperatur bestimmte Schwellwerte übersteigt. Bei diesen bekannten Systemen endet die Heißstartsituation dann, wenn die Motortemperatur unter einen Schwellwert ab¬ fällt oder im Falle eines weiteren Startversuchs.
Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Systeme noch kein Optimum darstellen, vor allem bezüglich des angenommenen En¬ des einer Heißstartsituation.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, möglichst optimale Be¬ stimmungen dafür anzugeben, wann und wie lange eine Hei߬ startsituation vorliegt. Gelöst wird diese Aufgabe mit der Merkmalskombination des Hauptanspruchs. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und er¬ läutert:
Es zeigen Figur 1 eine qualitative Darstellung von Drehzahl und verschiedenen Temperaturen bei einer Brennkraftmaschine vor und nach ihrem Abstellen in Verbindung mit der Problema¬ tik eines Heißstartes, Figur 2 zeigt ein grobes Übersichts- Flußdiagramm in Verbindung mit einer Heißstartkorrektur und Figur 3 ein detailliertes Flußdiagramm mit Angabe der Bedin¬ gungen für das Setzen und Rücksetzen eines speziellen Bits, das eine Heißstartsituation kennzeichnet.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Figur 1 dargestellte Diagramm zeigt den Verlauf von Drehzahl und verschiedenen Temperaturen bei einer Brenn¬ kraftmaschine vor und nach dem Abstellen, aufgetragen je¬ weils über der Zeit. Zum Zeitpunkt t0 wird bei der Brenn¬ kraftmaschine die Zündung ausgeschaltet mit der Folge, daß die Drehzahl bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t- auf 0 absinkt (Kurvenzug a) . Ein weiterer Kurvenzug b zeigt den Verlauf der Brennkraftmaschinentemperatur: sie sinkt langsam nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ab. Dabei wird die Brennkraftmaschinentemperatur mit der Temperatur des Kühl¬ mittels gleichgesetzt.
Mit dem Kurvenzug c ist der Verlauf der Ansauglufttemperatur angegeben. Sie liegt während des normalen Laufs der Brenn¬ kraftmaschine in der Regel weit unterhalb der Brennkraftma¬ schinentemperatur, weil fortlaufend neue Ansaugluft von der betriebswarmen Brennkraftmaschine angesaugt wird. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine versiegt der Zustrom fri¬ scher Ansaugluft. Die im Ansaugrohr stehende Ansaugluft er- wärmt sich auf die Motorraumtemperatur und weist im folgen¬ den einen der Brennkraftmaschinentemperatur angenäherten Verlauf auf.
Die weitere Kennlinie (d) gibt den zeitlichen Verlauf der Einspritzventil-Temperatur an. Dieser Verlauf ist durch ei¬ nen sehr starken Anstieg gekennzeichnet und durch Werte, die über diejenigen der Brennkraftmaschinentemperatur hinausge¬ hen. Dies deshalb, weil die Einspritzventile im Bereich des Zylinderkopfes liegen und dieser Teil bei laufender Brenn¬ kraftmaschine besonders heiß wird.
Das Diagramm von Figur 1 verdeutlicht mit dem sehr starken Anstieg sowie den sehr hohen Werten der Einspritzventil- Temperatur die Gefahr der Dampfblasenbildung beim Kraft¬ stoff. Das Diagramm zeigt außerdem, daß die Einspritzventil- Temperatur in etwa den Verlauf der Ansaugluft-Temperatur be¬ sitzt und demzufolge ausgehend von der Ansaugluft-Temperatur auf die Einspritzventil-Temperatur geschlossen werden kann. Aus Messungen ist nun bekannt, in welchem Bereich kritische Einspritzventil-Temperaturen liegen, bei denen Heißstartpro¬ bleme zu erwarten sind. Dieser Bereich liegt bei der Dar¬ stellung von Figur 1 zwischen den Zeitpunkten t2 und 3. Er ist in etwa dann gegeben, wenn und so lange die Ansaugluft¬ temperatur einen um einen bestimmten Betrag höheren Wert als beim Abstellen der Brennkraftmaschine aufweist. Beispielhaft sei hier ein Betrag zwischen etwa 5°C und etwa 20°C angege¬ ben, z.B. etwa 12°C. Selbstverständlich gilt dieser Wert nur für eine spezielle Brennkraftmaschine, da zwangsläufig auf¬ grund anderer Bauformen bei anderen Brennkraftmaschinen an¬ dere Beträge gelten können.
Es geht nun darum, den Bereich zwischen t2 und t3 nach Figur 1, in dem Heißstartprobleme zu erwarten sind, zu erkennen und dann, wenn ein erneuter Startvorgang innerhalb dieses Zeitraumes auftritt, besondere Maßnahmen zu ergreifen. Figur 2 zeigt in einer groben Übersicht das Flußdiagramm ei¬ ner programmgesteuerten Signalverarbeitungsanlage bei der Steuerung der Kraf stoffzumessung einer Brennkraftmaschine. Mit Block 10 sei das Einlesen der verschiedenen Betriebsda¬ ten angegeben. Es folgt in 11 die Bestimmung eines Grundzu- meßsignals, das im folgenden Block 12 korrigiert wird, um letztlich in einer Ausgabeeinheit 13 als Einspritzsignal für ein Einspritzventil bereitgestellt werden zu können. Inner¬ halb des Blocks 12 für die einzelnen Korrekturen läuft u. a. eine Heißstartkorrektur 15 ab, solange eine Heißstartsitua¬ tion angenommen wird. Dies ist mit einem gesetzten Hei߬ start-Bit B_HS = 1 angegeben. Solange dieses Heißstart-Bit gesetzt ist, was mittels der Abfrage 16 ermittelbar ist, so lange wird bei einem Neustart auch eine Heißstartkorrektur vorgesehen. Wird jedoch das Heißstart-Bit zurückgesetzt, entfällt die Heißstartkorrektur in Block 15. Selbstverständ¬ lich laufen im Rahmen der Brennkraftmaschinensteuerung ver¬ schiedene Korrekturen und Maßnahmen im Zusammenhang mit der Bildung eines Einspritzsignales ab, was mit jeweils ge¬ strichelten Linien innerhalb des Blockes 12 für die Korrek¬ turen symbolisch dargestellt ist.
Figur 3 zeigt im einzelnen ein Flußdiagramm zur Bestimmung einer Heißstartsituation, was durch das dann gesetzte Hei߬ start-Bit B_HS gekennzeichnet ist.
Nach dem Start 20 dieses Programmteils erfolgt eine Abfrage 21 dahingehend, ob die Brennkraf maschinentemperatur tmot einen ersten Schwellwert TMH überschreitet. Ist dies der Fall, dient eine nachfolgende Abfrage 22 dazu, die Differenz zweier Ansaugluftwerte dahingehend abzufragen, ob der Betrag dieser Differenz z. B. 12°C überschreitet. Wenn ja, wird das Heißstart-Bit B_HS gesetzt. Dies erfolgt in Block 23. Im weiteren Programmdurchlauf findet sich eine Abfrage 25 da¬ hingehend, ob die Brennkraftmaschinentemperatur tmot unter- halb einer zweiten Schwelle TMGHS liegt. Wenn nein, startet in Block 26 eine Integration der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse. Hat der aufintegrierte Luftmassenwert ml einen Schwellwert IMLHS erreicht, wird angenommen, daß die Einspritzventile durch die einströmende frische Luft wieder auf einen unkritischen Wert abgekühlt sind, und das gesetzte Heißstart-Bit B_HS wird wieder auf 0 zurückgesetzt (Block 28) . Damit endet dieser Programmzweig (29) .
Ergab die Abfrage in der Abfrageeinheit 21 eine unterhalb der ersten Schwelle TMH liegende Brennkraftmaschinentempera¬ tur tmot, dann erfolgt unmittelbar die weitere Abfrage auf das Erreichen des Wertes TMGHS in Abfrageblock 25. Ergab sich in der Einheit 22 nur ein geringer Temperaturunter¬ schied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansauglufttempera¬ turwerten, dann wird das Heißstart-Bit ebenfalls nicht ge¬ setzt und das Programm fährt als nächstes mit der Integra¬ tion der Luftmasse in Block 26 fort. Erkennbar ist die Inte¬ gration der Luftmasse bis zu einem bestimmten Schwellwert (Block 26 und Abfrage 27) .
Wenn die Abfrage 25 ergibt, daß die Motortemperatur bereits unter eine zweite Schwelle TMGHS gefallen ist, wird unmit¬ telbar das Heißstart-Bit B_HS in Block 28 zurückgesetzt.
Das Flußdiagramm von Figur 3 verdeutlicht, daß eine Hei߬ startsituation dann angenommen und damit ein Heißstart-Bit dann gesetzt wird, wenn die Brennkraftmaschinentemperatur tmot einen ersten Schwellwert TMH überschreitet und ergän¬ zend ein Anstieg der Ansauglufttemperatur delta-tans um ei¬ nen bestimmten Wert seit einer letzten Messung stattgefunden hat. Dabei kann der letzte Wert derjenige sein, der zum Zeitpunkt des Absteilens der Brennkraftmaschine herrschte, oder jedoch ein Mittelwert bzw. ein minimaler Wert während einer bestimmter Phase vor dem Abstellen der Brennkraftma¬ schine. Der neue Wert wird gewonnen zum Zeitpunkt des Ein- Schaltens der Zündung oder des Anlassers, wobei ebenfalls Mittelwerte gebildet werden können.
Das Heißstart-Bit B_HS bleibt nun so lange gesetzt, bis die Brennkraftmaschinentemperatur tmot einen zweiten Schwellwert TMGHS unterschreitet, oder jedoch erst im Anschluß an das Durchströmen einer vorbestimmten Gesamtluftmasse IMLHS im Ansaugrohr, was mittels der Integration der Luftmasse ml in Block 26 sowie der Abfrage mit Block 27 erfaßbar ist. Dies gilt unabhängig von der ermittelten Differenz bei den An¬ sauglufttemperaturwerten (delta-tans) in Block 22. Damit bleibt sichergestellt, daß auch bei einem relativ kurzen Wiederholstart im Bereich zwischen den Zeiten 2 und t3 von Figur 1 ein Heißstartfall angenommen wird, obwohl in diesem Fall die Abfrage in Block 22 nur eine geringe Temperaturdif¬ ferenz delta-tans ergibt. Im Zusammenhang mit einer speziel¬ len Brennkraftmaschine haben sich folgende Schwellwerte als zweckmäßig erwiesen:
TMH zwischen den allgemein angebbaren Werten TMH1 und TMH2, etwa im Bereich zwischen 80 und 110°C, vorzugsweise zwischen 95 und 105°C, entsprechend
TMGHS zwischen Werten TMGHSl und TMGHS2 in der Größenordnung zwischen 70 und 100°C, vorzugsweise zwischen 85 und 95°C, Schwellwert der angesaugten Luftmasse IMLHS zwischen MLl und ML2, d.hi. zwischen 0 Kilogramm und etwa 4 Kilogramm.

Claims

Ansprüche
1. Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brenn¬ kraftmaschine mit Mitteln zum Erfassen von Betriebsdaten, einer programmgesteuerten Signalverarbeitunganlage sowie Mitteln zur Ausgabe eines Ansteuersignais an wenigstens ein Einspritzventil, wobei im Rahmen der Signalverarbeitung bei gegebener Hei߬ startsituation eine sog. Heißstartkorrektur des Ansteuer¬ signais durchgeführt wird,und Basis für das Erkennen einer Heißstartsituation Temperatursignale sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heißstartsituation dann angenommen wird, wenn
- die Brennkraftmaschinentemperatur tmot höher als eine er¬ ste Schwelle TMH liegt und
- die Differenz der Ansauglufttemperatur (delta-tans) zwi¬ schen einem früheren Wert und dem Wert zu Beginn des neuen Starts betragsmäßig eine Schwelle überschreitet, und die Heißstartsituation als nicht mehr gegeben angesehen wird, wenn
- die Brennkraftmaschinentemperatur tmot unterhalb einer zweiten Schwelle TMGHS liegt oder
- nachdem die Brennkraftmaschine eine bestimmte Luftmenge oder -masse IMLHS angesaugt hat.
2. Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brenn¬ kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für die erste Schwelle TMH zwischen allgemein angebbaren Werten TMHl und TMH2, etwa im Bereich zwischen 80 und 110°C, vorzugs¬ weise zwischen 95 und 105°C, liegt.
3. Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brenn¬ kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für die zweite Schwelle TMGHS zwischen Werten TMGHSl und TMGHS2 in der Größenordnung zwischen 70 und 100°C, vorzugsweise zwi¬ schen 85 und 95°C, liegt.
. Steuersystem für die Kraf stoffzumessung einer Brenn¬ kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für die bestimmte angesaugte Luftmenge oder -masse IMLHS zwischen MLl und ML2, d.h. zwischen 0 Kilogramm und etwa 4 Kilogramm liegt.
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