WO1999013208A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine abhängig von betriebskenngrössen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine abhängig von betriebskenngrössen Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abhängig von Betriebskenngrössen wie Last, Drehzahl, wobei für die Steuerung ein korrigierter Wert der Ansauglufttemperatur Verwendung findet, der sich aus der folgenden Formel ergibt: TANSK = T1 + (TWS -T1) * f mit TANSK = korr. Wert der Ansauglufttemperatur, T1 = rechnerisch ermittelter oder gemessener Wert (TANS) der brennkraftmaschinenfernen Ansauglufttemperatur, TWS = Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres, f = Wichtungsfaktor im Bereich zwischen 0 und 1.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abhängig von BetriebskenngröSen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren sowie einer Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abhängig von Betriebskenngrößen wie Luftfüllung, Drehzahl, Brennkraftmaschinentemperatur und Ansauglufttemperatur. Was speziell die Ansauglufttemperatur anbelangt, so hat sie mehrere Auswir- kungen auf das Verhalten der Brennkraftmaschine. Bei ansonsten gleichen Umgebungsbedingungen bewirkt eine höhere Ansauglufttemperatur u.a. eine höhere Klopfneigung, eine bessere Verdampfung des Kraftstoffs, eine reduzierte Wandfilmbildung des Kraftstoffs an den Innenwänden des Ansaugrohrs, sowie eine Verringerung der angesaugten Luftmasse und damit der nötigen Kraftstoffmenge. Vor diesem Hintergrund verarbeiten moderne Steuerungen für Brennkraftmaschinen die Ansauglufttemperatur, wofür zwangsläufig ein entsprechender Sensor erforderlich ist.
Beispielhaft für den umfassenden Stand der Technik in Verbindung mit der Verwendung eines Signals der Ansauglufttemperatur im Rahmen einer Brennkraftmaschinensteuerung sei auf die DE 44 35 419 AI hiingewiesen, die ein „Steuersystem für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine" betrifft und bei der der Wert der Ansauglufttemperatur u.a. zur Bestimmung eines Heißstartfalles herangezogen wird.
Vor allem räumliche Gründe im Umfeld der Brennkraftmaschine sind die Ursache, daß Sensoren für die Ansauglufttemperatur meist nicht in unmittelbarer Nähe der Brennkraftmaschine montiert werden, sondern z.B. im Luftfiltergehäuse, in einem Luftmassenmesser, im Drosselklappenstutzen oder in Kombination mit einem Saugrohrdrucksensor . Die mit diesen Sensoren gemessene Temperatur entspricht dann nicht der tatsächlich für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanten Ansaugtemperatur in der Nähe der Einlaßventile, wenn sich die Ansaugluft auf ihrem Weg zur Brennkraftmaschine an den warmen Wänden des Ansaugrohrs erwärmen kann. Bei Brennkraftmaschinen mit Abgas ückführung kommt die zusätzliche Erwärmung der Ansaugluft durch eine Zumischung des heißen Abgases hinzu.
Es hat sich nun gezeigt, daß mit den herkömmlichen Systemen nicht immer optimale Ergebnisse bezüglich des Einflusses der Ansauglufttemperatur zu erzielen sind. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, um eine Bestimmung der für die Steuerung der Brennkraftmaschine relevanten Ansauglufttemperatur zu ermöglichen. Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine nahe den Einlaßventilen näherungsweise zu modellieren. Basis ist hierbei eine stromaufwärts im Ansaugtrakt gemessene Ansauglufttemperatur, wobei zusätzlich die Erwärmung der Ansaugluft im Ansaugrohr auf ihrem Wege zu den Einlaßventilen berücksichtigt wird. Im Falle einer Abgasrückführung wird ergänzend deren Anteil an der Erwärmung der Ansaugluft mit einbezogen. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenen näher beschrieben und er- läutert. Es zeigen Figur 1 eine Übersichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Luftansaugrohr und Abgasrohr, Figur 2 eine Blockdarstellung der Signalverarbeitung für die Bildung eines korrigierten Wertes der Ansauglufttemperatur, Figur 3 eine Blockdarstellung der Signalverarbeitung für die Bildung eines Wertes der mittleren Temperatur des Ansaugrohres, Figur 4 eine entsprechende Blockdarstellung der Signalverarbeitung für die Bildung eines korrigierten Wertes der Ansauglufttemperatur bei Abgasrückführung und Figur 5 eine Blockdarstellung der Signalverarbeitung für die Bildung ei- nes Wertes der Temperatur des zurückgeführten Abgases .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine Übersicht einer Brennkraftmaschine zusam- men mit Luftansaugrohr und Abgasrohr. Mit 10 selbst ist die Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 11 einer der Zylinder bzw. Brennräume. Begrenzt wird der Brennraum auf der Unterseite durch einen Kolben 12, auf der Oberseite zumindest mit einem Einlaßventil 13 sowie einem Auslaßventil 14. Das Ein- laßventil 13 bildet dabei das stromabwärts liegende Ende eines Ansaugrohres 15, in dem weiter stromaufwärts eine Drosselklappe 16 angeordnet ist. Ausgangsseitig der Brennkraftmaschine ist ein Abgasrohr 17 eingetragen. Eine Verbindungs- leitung 18 zwischen Abgasrohr 17 und Luftansaugrohr 15 sorgt für die Möglichkeit einer Abgasrückführung, deren Menge mit einem nicht dargestellten, steuerbaren Ventil einstellbar ist .
Zur Darstellung und Erläuterung der Erfindung sind ergänzend in Figur 1 Temperaturwerte eingetragen. So besitzt die An- sauglufttemperatur vor der Drosselklappe 16 einen Wert mit der Bezeichnung TANS, nach der Drosselklappe einen Wert Tl. Mit TWS ist die mittlere Temperatur des Ansaugrohres bezeichnet. Unmittelbar im Bereich des Einlaßventiles 13 be- sitze die Ansaugluft den Wert TANSK, was einem korrigierten Ansauglufttemperaturwert entspreche. Nach dem Auslaßventil haben die Abgase eine Abgastemperatur TAbgas . Schließlich ist noch ein Temperaturwert für das zurückgeführte Abgas mit TAGR im Bereich der Einmündung der Abgasrückführleitung 18 in das Luftansaugrohr 15 eingezeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, einen Wert für die korrigierte Ansauglufttemperatur TANSK auf der Basis verfügbarer Meß- bzw. Steuerwerte anzugeben. Dazu dient eine Signal - Verarbeitung, wie sie in einer Blockdarstellung in Figur 2 angegeben ist. Eingangsseitig stehen bei dieser Darstellung von Figur 2 Werte für die Ansauglufttemperatur TANS (Block 20) , die mittlere Temperatur des Ansaugrohres TWS (Block 21) sowie die Luftmasse (Block 22) bereit. An einem Ausgang 23 stehe das Signal der korrigierten Ansauglufttemperatur TANSK zur Verfügung.
Die Bildung des korrigierten Wertes der Ansauglufttemperatur TANSK erfolgt nach der Formel
TANSK = Tl + (TWS - Tl) * f
Dabei bedeuten
TANSK = korrigierter Wert der Ansauglufttemperatur,
Tl = rechnerisch ermittelter oder gemessener Wert (TANS) der brennkraftmaschinenfemen Ansauglufttemperatur, TWS = Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres, und f = Wichungsfaktor im Bereich zwischen 0 und 1. Zur Bereitstellung des korrigierten Wertes der Ansauglufttemperatur TANSK gelangt nach Fig. 2 das Signal Tl bzw. TANS auf eine Additionsstelle 24, deren zweiter Eingang das Ausgangssignal einer Multiplikationsstelle 25 zugeführt erhält. Diese Multiplikationsstelle 25 erhält ihrerseits einen Differenzwert zwischen dem Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres TWS sowie dem Wert TANS bzw. Tl. Am zweiten Eingang der Multiplikationsstelle 25 wird das AusgangsSignal f einer Kennlinie 26 bereitgestellt, deren Eingangsgröße die Luftmasse (22) ist.
Ergänzend oder alternativ ist der Multiplikationsstelle 25 auch das Ausgangssignal eines Kennfeldes 27 zuführbar, dessen Eingangsgrößen Signale für Drehzahl und Last (28, 29) sind.
Ein Vergleich der Darstellung von Figur 2 mit der oben angegebenen Formel macht deutlich, daß der Wichtungsfaktor f ausgehend von Signalen der Luftmasse 22 und/oder der Dreh- zahl 28 sowie der Last 29 gebildet wird.
Wesentlich ist, daß dieser Wichtungsfaktor f betriebskenn- größenabhängig ist, wobei diese Betriebskenngrößen kennzeichnend für den Luftstrom zur Brennkraftmaschine sind. In diesem Sinne könnte auch z.B. ein Signal bezüglich des Drosselklappenwinkels sowie des Drucks im Ansaugrohr Verwendung finden.
Die Blockdarstellung der Signalverarbeitung von Figur 2 setzt die Kenntnis eines Wertes der mittleren Temperatur des Ansaugrohres TWS voraus. Figur 3 zeigt eine Möglichkeit zur Bildung eines entsprechenden Temperaturwertes ausgehend von verschiedenen Eingangsgrößen. Dabei sind aus Figur 2 bekannte Elemente mit den bereits dort verwendeten Bezugsziffern versehen. Mit 30 ist ein Sensor für die Brennkraftmaschinen- temperatur TMOT bezeichnet. Ein Signal Tl werde mittels des Blockes 31 bereitgestellt. Dabei entspricht Tl der Ansauglufttemperatur TANS in den Fällen, daß keine Abgasrückführung stattfindet. Mit Blick auf eine allgemeine Darstellung wurde jedoch in Figur 3 dieser Signalwert Tl getrennt dargestellt. Ein Signal bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit wird mittels eines Sensors 32 zur Verfügung gestellt.
Die Ausgangssignale von Block 20 und 31 werden je einer Mul- tiplikationsstelle 34 und 35 zugeführt. Ausgangsseitig stehen diese beiden Multiplikationsstellen 34 und 35 mit einer Additionsstelle 36 in Verbindung, der ergänzend das Signal TMOT zugeführt wird. Das gebildete Summensignal stellt den Zählerwert in einer anschließenden Divisionsstelle 37 dar, deren Ausgang wiederum über einen Tiefpaß 38 letztlich dem Ausgangssignal TWS als der mittleren Temperatur des Ansaugrohres entspricht .
Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 32 gelangt zu einer Kenn- linie 40, deren Ausgang sowohl mit der Multiplikationsstelle
34 als auch mit einer Additionsstelle 41 in Verbindung steht, die wiederum das Nenner-Signal für die Divisonsstelle 37 zur Verfügung stellt. Entsprechend folgt Block 22 für die Darstellung eines Luftmassensignals eine Kennlinie 43, deren Ausgang das zweite Signal der Multiplikationsstelle 35 bildet und ebenfalls zur Additionsstelle 41 geführt ist. Dieser Additionsstelle wird ergänzend ein Konstantwert aus einem Konstantwertspeicher 44 zugeführt. Schließlich ist noch eine weitere Kennlinie 45 vorgesehen, die als Eingangssignal das Signal der Luftmasse (22) zugeführt erhält und ausgangsseitig die Zeitkonstante des Filters bzw. Tiefpasses 38 bestimmt .
Der aus Figur 3 ersichtlichte schaltungstechnische Zusammen- hang läßt sich in folgender Formel ausdrücken: TWS (ungefiltert) = (TMOT + TANS * Kl) / (1 + K2) mit TMOT = Brennkraftmaschinentemperatur, Wassertemperatur TANS = gemessener Wert der brennkraftmaschinenfemen
Ansauglufttemperatur Kl = fahrzeuggeschwindigkeits- und / oder luftmassenabhängiger Kennlinienwert K2 = fahrzeuggeschwindigkeits- und luftmassenabhängiger Kennlinienwert (Fig. 3)
Figur 4 entspricht weitestgehend der Darstellung von Figur 2 mit dem Unterschied, daß ergänzend die Einflüsse im Rahmen der Abgasrückführung aufgenommen sind. Nach dieser Darstellung ergibt sich Tl als der rechnerisch ermittelte Wert der brennkraftmaschinenfemen Ansauglufttemperatur Tl zu
Tl = TANS + Rate AGR * (TAGR - TANS)
mit Rate AGR = der Rate des zurückgeführten Abgases, sowie TAGR = der Temperatur des zurückgeführten Abgases.
Zur Bildung des Signalwertes für Tl werden als Eingangsgrößen ein Wert der Temperatur des zurückgeführten Abgases TAGR (Block 50) sowie einer Rate für das zurückgeführte Abgas (Rate AGR, 51) verarbeitet. In einer Subtraktionsstelle 52 wird die Differenz zwischen den Temperaturwerten des rückgeführten Abgases sowie der Ansauglufttemperatur gebildet und anschließend in einer Multiplikationsstelle 53 mit der Ab- gasrückführrate multipliziert. Die Summe des Ausgangssignals von Multiplikationsstelle 53 sowie der Ansauglufttemperatur bildet dann den Temperaturwert Tl für das Ansaugluft- Abgasgemisch nach der Drosselklappe 16 im Bereich der Ein- mündungsstelle des Abgasrückführungsrohres 18 in das Ansaugrohr 15. Das im Rahmend er Signalverarbeitung von Figur 4 erforderliche Temperatursignal für das zurückgeführte Abgas läßt sich entsprechend der Blockdarstellung von Figur 5 aus verschie- denen gemessenen oder berechneten Größen bilden. So ergibt sich der Temperaturwert des zurückgeführten Abgases nach Figur 5 als tiefpaßgefiltertes Signal abhängig von Werten der Ansauglufttemperatur, der Drehzahl, der Last sowie der zurückgeführten Abgasmasse (AGR-Masse) . Als Maß hierfür kann z.B. ein betriebskenngrößenabhängig verarbeitetes Ansteuer- signal für den Steller in der Abgasrückführleitung dienen.
Nach Figur 5 wird ausgehend von den Signalen für Drehzahl und Last (28, 29) mittels eines Kennfeldes 55 ein geschätz- ter Wert für die Abgastemperatur TAbgas nach den Auslaßventilen 14 gebildet. Die Differenz zwischen dem Wert TAbgas sowie der Ansauglufttemperatur TANS wird in einer Differenzbildungsstelle 56 ermittelt, nachfolgend in einer Multiplikationsstelle 57 mit einem Wichungsfaktor multipliziert und gelangt auf eine Additionsstelle 58 zusammen mit einem Wert für die Ansauglufttemperatur TANS. Ausgangsseitig steht die Additionsstelle 58 mit dem Eingang eines nachfolgende Filters 59 in Verbindung, das z.B. als Tiefpaß ausgebildet sein kann und letztlich einen Signalwert für die Temperatur des zurückgeführten Abgases (TAbgas) zur Verfügung stellt. Zur Berücksichtigung der Masse des zurückgeführten Abgases auf die Temperatur des zurückgeführten Abgases wird der Wert AGR-Masse über je eine Kennlinie 61 und 62 zur Multiplikationsstelle 57 sowie zum Filter 59 zur Beeinflussung der Fil- terkonstante des Filters 59 geführt.
Die Signaldarstellung der einzelnen Figuren machen deutlich, daß es Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, eine Methode sowie eine Vorrichtung anzugeben zur näherungsweisen Bestimmung der Temperatur der Ansaugluft nahe den Einlaßven- tilen, wobei die thermische Zeitkonstante des Saugrohrs berücksichtigt wird, ferner der Einfluß einer externen Abgasrückführung .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine abhängig von Betriebskenngrößen wie Last, Drehzahl, Brennkraftmaschinentemperatur und Ansauglufttemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung ein korrigierter Wert der Ansauglufttemperatur Verwendung findet, der sich aus der folgenden Formel ergibt :
TANSK = Tl + (TWS -Tl) * f
mit TANSK = korr. Wert der Ansauglufttemperatur
Tl = rechnerisch ermittelter oder gemessener Wert (TANS) der brennkraftmaschinenfemen
Ansauglufttemperatur TWS = Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres f = Wichtungsfaktor im Bereich zwischen 0 und 1 (Fig. 1)
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor f betriebskenngrößenabhängig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor f abhängig ist vom Luftmassenstrom im
Ansaugrohr .
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor f drehzahl- und lastabhängig ist.
5. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres TWS als gewichtetes Mittel von Brennkraftmaschinentemperatur TMOT und gemessener Ansauglufttemperatur bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des gewichteten Mittels Betriebskenngrößen einbezogen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebskenngröße die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebskenngröße Last oder angesaugte Luftmasse be- rücksichtigt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres TWS nach der Formel bestimmt wird:
TWS = (TMOT + TANS * Kl) / ( 1 + K2) mit TMOT = Brennkraf maschinentemperatur
TANS = gemessener Wert der brennkraftmaschinenfemen Ansauglufttemperatur Kl fahrzeuggeschwindigkeits- und / oder luftmassenabhängiger Kennlinienwert K2 = fahrzeuggeschwindigkeits- und luftmassenabhängiger Kennlinienwert (Fig. 3)
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Wertes der mittleren Temperatur des Ansaugrohres (TWS) eine Filterung mit be- triebskenngrößenabhängiger Zeitkonstante verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer Abgasrückführung für Tl gilt:
Tl = TANS + RateAGR * (TAGR - TANS) mit RateAGR = Rate des zurückgeführten Abgases
TAGR = Temperatur des zurückgeführten Abgases (Fig. 4
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zurückgeführten Abgases (TAGR) als tief- pass-gefiltertes, gewichtetes Mittel aus Abgastemperatur (TAbgas) und gemessener Ansauglufttemperatur (TANS) geschätzt wird, und Wichtungsfaktor und Filterzeitkonstante abhängig sind vom Gasdurchsatz in der Abgasrückführleitung.
13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenig- stens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, nach denen sich ein korrigierter Wert der Ansauglufttemperatur aus der folgenden Formel ergibt:
TANSK = Tl + (TWS -Tl) * f
mit TANSK = korr. Wert der Ansauglufttemperatur Tl = rechnerisch ermittelter oder gemessener Wert
(TANS) der brennkraftmaschinenfemen Ansaug lufttemperatur TWS = Wert der mittleren Temperatur des Ansaugrohres f = Wichtungsfaktor im Bereich zwischen 0 und 1.
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