Verfahren zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge während eines dynamischen Über­gangsbetriebs wird die Kraftstoffmenge aus einem korrigierten Ansaugdruckwert pkorr und der Drehzahl n bestimmt. Der korri­gierte Ansaugdruckwert pkorr ergibt sich dabei aus einem gemes­senen Ansaugdruckwert pm, unter Berücksichtigung des Umgebungs­drucks und der Umgebungstemperatur sowie von Zeitverzügen zwi­schen dem gemessenen Ansaugdruck pm und dem im Saugrohr tat­sächlich vorhandenen Ansaugdruck während des dynamischen Über­gangsbetriebs. Das Verfahren gewährleistet damit eine sehr ge­naue Zumessung der Kraftstoffmenge während des dynamischen Übergangsbetriebs.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge während eines dynamischen Übergangsbetriebs, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Ein solches Verfahren ist in der US 4 424 568 beschrieben. Da­bei wird während dynamischer Übergangsvorgänge, wie Beschleuni­gung oder Verzögerung, der gemessene Wert des Ansaugdrucks um einen Rechnerfaktor korrigiert. Dieser Rechnerfaktor berück­sichtigt, daß während der für die Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge benötigten Zeit sich der Ansaugdruck gegenüber dem gemessenen Wert verändert hat. Die so ermittelten Kraft­stoffmengen für den Übergangsbetrieb der Brennkraftmaschine bringen ein verbessertes Übergangsverhalten.

[0003] Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, das Übergangsverhalten weiter zu verbessern, indem der verfälschende Einfluß von wei­teren Faktoren auf den gemessenen Ansaugdruck korrigiert wird.

[0004] Die erfindungsgemäße Lösung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

[0005] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß für eine genaue Korrektur des gemessenen Ansaugdrucks zuerst die Einflüsse ver­schiedener Umgebungsdrücke und Temperaturen ausgeglichen werden müssen. Geht man im stationären Betrieb von einem bestimmten Drosselklappenwinkel und einer bestimmten Drehzahl aus, so er­geben sich für verschiedene Umgebungsdrücke und Temperaturen jeweils unterschiedliche Ansaugdrücke.

[0006] Die erfindungsgemäße Lösung verwendet deshalb Stützkennfelder, in denen abhängig vom Drosselklappenwinkel und der Drehzahl für jeweils einen bestimmten Umgebungsdruck und eine bestimmte Um­gebungstemperatur die Werte für den Ansaugdruck abgelegt sind. Es werden mindestens vier solcher Stützkennfelder verwendet. Zwei davon gelten für einen gleichen ersten Umgebungsdruck, aber für zwei verschiedene Umgebungstemperaturen. Die anderen beiden gelten für einen gleichen zweiten Umgebungsdruck und die beiden verschiedenen Umgebungstemperaturen.

[0007] Diese Stützkennfelder sind experimentell ermittelt und in der Rechnereinheit, die die Druckkorrektor ausführt, abgelegt.

[0008] Aus den beiden Kennfeldern für den gleichen ersten Umgebungs­druck werden nun gemäß den aktuell, bei jedem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine, ermittelten Werten für den Öffnungsgrad der Drosselklappe und die Drehzahl zwei Stützwerte für den Druck ausgelesen. Diese beiden Stützwerte gelten jeweils für dieje­nige Umgebungstemperatur, für die das jeweilige Stützkennfeld ermittelt wurde. Um nun daraus einen Druckwert für die gerade herrschende Umgebungstemperatur zu gewinnen, wird eine lineare Näherung durchgeführt. Dabei wird angenommen, daß die herr­schende Umgebungstemperatur einer Ansauglufttemperatur ent­spricht, die über einen Temperaturgeber erfaßt wird.

[0009] Es wird ein Stützteilverhältnis berechnet, das den Ansaugluft­temperaturwert in Beziehung setzt zu den Werten der beiden Um­gebungstemperaturen, für die die beiden Stützkennfelder gelten. Mit diesem Stützteilverhältnis wird dann aus den beiden Stütz­werten für den Druck ein Stützhochwert ermittelt. Dieser Stütz­hochwert verhält sich also bezogen auf die beiden Stützwerte wie der Ansauglufttemperaturwert bezogen auf die beiden Umge­bungstemperaturen.

[0010] Der Stützhochwert stellt also einen temperaturkompensierten Wert für den Ansaugdruck gültig für den bestimmten ersten Um­gebungsdruck dar.

[0011] Das gleiche Verfahren wird mit den anderen beiden Kennfeldern, die für den gleichen zweiten Umgebungsdruck und die beiden Um­gebungstemperaturen gültig sind, durchgeführt. Daraus ergibt sich dann entsprechend ein Stütztiefwert, der einen temperatur­kompensierten Wert für den Ansaugdruck gültig für den zweiten Umgebungsdruck darstellt.

[0012] Statt der jeweils zwei verwendeten Stützkennfelder für die bei­den Umgebungsdrücke können auch mehr benutzt werden. Bei der Temperaturkompensation wird aus den jeweiligen beiden Stütz­werten ein Stützhochwert bzw. Stütztiefwert berechnet, wobei lineare Verhältnisse angenommen sind. Dies ist gezwungenermaßen eine Näherung, die durch den Einsatz weiterer Stützkennfelder und damit einer abschnittsweisen Linearisierung verbessert wer­den kann. Vorteilhafterweise wird dann das Stützteilverhältnis bezogen auf diejenigen beiden Stützkennfelder berechnet, zwi­schen deren Umgebungstemperaturen die Ansauglufttemperatur liegt und die der Ansauglufttemperatur am nächsten kommen.

[0013] In ähnlicher Weise können auch weitere Stützkennfelder für wei­tere Umgebungsdrücke verwendet werden. Dann werden bevorzugt die jeweiligen beiden Stützwerte für die Berechnung des Stütz­hochwerts bzw. Stütztiefwerts aus denjenigen Stützkennfeldern entnommen, zwischen deren Umgebungsdrücken der gemessene Wert des Ansaugdrucks liegt und die ihm am nächsten kommen.

[0014] Der im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine gemessene Wert des Ansaugdrucks liegt nun irgendwo zwischen dem Stütz­hochwert und dem Stütztiefwert. Für diese Lage wird ein Teil­verhältnis berechnet, das die Größe dieses gemessenen Ansaug­drucks in Beziehung setzt zu dem Stützhochwert und dem Stütz­tiefwert.

[0015] Wird die Brennkraftmaschine nun aus dem stationären Betrieb heraus beschleunigt oder verzögert, so ändern sich dementspre­chend die Werte für den Öffnungsgrad der Drosselklappe und/oder die Drehzahl. Bei jedem Arbeitstakt wird dann mit diesen neuen Werten aus den vier Stützkennfeldern wieder ein neuer Stütz­hochwert und Stütztiefwert berechnet. Da im jetzt vorliegenden dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine die gemessenen Werte für den Ansaugdruck zu ungenau sind, werden sie mit einem für den neuen Betriebszustand gültigen kompensierten Ansaugdruck, der aus den neuen Werten für den Stützhochwert und Stütztief­wert und dem Teilverhältnis berechnet wird, korrigiert. Dieser kompensierte Ansaugdruck im dynamischen Betrieb verhält sich bezogen auf den neuen Stützhochwert und Stütztiefwert wie der gemessene Ansaugdruck im stationären Betrieb zu dem dort gülti­gen Stützhochwert und Stütztiefwert.

[0016] Man schließt also vom statischen auf den dynamischen Betrieb, indem angenommen wird, daß dieses Teilverhältnis für den je­weils gültigen Ansaugdruck im dynamischen Betrieb gegenüber dem stationären Betrieb gleich bleibt.

[0017] Der gemessene Ansaugdruck wird nun mit Hilfe des kompensierten Ansaugdrucks zu einem dynamischen Ansaugdruck korrigiert, indem ihm die Differenz aus dem kompensierten Ansaugdruck und dem ge­messenen Ansaugdruck dividiert durch eine Zeitkonstante hinzu­addiert wird. Diese Zeitkostante berücksichtigt den Zeitverzug zwischen dem gemessenen Ansaugdruck und dem in Saugrohr wirk­lich vorhandenen dynamischen Ansaugdruck.

[0018] Zu dem dynamischen Ansaugdruckwert wird schließlich noch ein Rechnerfaktor addiert. Der Rechnerfaktor berücksichtigt die Rechenzeit zur Durchführung der Korrekturrechnung. Ein so er­mittelter korrigierter Druckwert ist dann der Wert, der zusam­men mit der Drehzahl die jeweils zuzuführende Kraftstoffmenge bestimmt.

[0019] Das Verfahren wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein grob vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrich­tung zur Durchführung des Verfahrens,

Figur 2 vier Stützkennfelder, von denen die Korrekturrechnung ausgeht und

Figur 3 ein Druckzeitdiagramm zur Erläuterung der Zeitverzöge­rung der Druckwerte während eines dynamischen Betriebs.

[0020] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung darge­stellt, die dazu dient, einer Brennkraftmaschine die jeweils notwendige Kraftstoffmenge zuzuführen. Mit 1 ist ein Mikrorech­ner bezeichnet, dem als Eingangssignale die Werte für eine Drehzahl n, einen Öffnungsgrad α der Drosselklappe, eine An­sauglufttemperatur TAL und einen gemessenen Ansaugdruck pm, zugeführt sind. Der Mikrorechner 1 berechnet daraus bei jedem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine unter Verwendung von ver­schiedenen Kennfeldern die nötige Kraftstoffmenge. Er gibt dann einen entsprechenden Befehl an ein Einspritzsystem 2, das alle für den Vorgang notwendigen Komponenten, wie eine Zumeßeinrich­tung, Einspritzventile etc, umfaßt.

[0021] In Figur 2 sind vier Stützkennfelder angedeutet, die in dem Mikrorechner 1 abgelegt sind. Diese Stützkennfelder bilden die Basis für die Berechnung eines korrigierten Ansaugdruckwerts pkorr während eines dynamischen Übergangsbetriebs ausgehend von einem gemessenen Ansaugdruckwert pm während einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine.

[0022] Die Stützkennfelder enthalten jeweils Druckwerte in Abhängig­keit von dem Öffnungsgrad α der Drosselklappe und der Drehzahl n der Brennkraftmaschine. Sie sind experimentell ermittelt und gelten für verschiedene Umgebungsbedingungen. Die beiden rechts dargestellten Stützkennfelder gelten für einen hohen Umgebungs­druck PUH von 970 mbar, das eine für eine hohe Umgebungstempe­ratur TUH von +50° C und das andere für eine niedrige Umge­bungstemperatur TUL von -20° C. Entsprechend gelten die beiden links dargestellten Stützkennfelder für einen niedrigen Umge­bungsdruck PUL von 1040 mbar, das eine wieder für die hohe Umgebungstemperatur TUH und das andere für die niedrige Umgebungstemperatur TUL.

[0023] Die Stützkennfelder sind in dem Mikrorechner 1 als Speicherbe­reiche abgelegt, wobei die Werte für α und n jeweils die Adressen für die Speicherzellen mit dem zugehörigen Druckwert darstellen.

[0024] Es sei nun ein stationärer Betriebszustand der Brennkraftma­schine vorausgesetzt mit einem Öffnungsgrad α 0 der Drossel­klappe und einer Drehzahl n0. Mit diesen Werten wird aus jedem der Stützkennfelder ein Stützwert psa bis psd für den Druck ausgelesen. Zur Veranschaulichung des folgenden Rechenverfah­rens sind in der Figur 2 diese vier Stützwerte auf eine Druck­zahlengerade übertragen, wobei die Werte von links nach rechts ansteigen.

[0025] Ein Stützteilverhältnis λ s, das die Größe des Ansauglufttempe­raturwerts TAL bezogen auf die hohe und die niedrige Umgebungs­temperatur TUH und TUL kennzeichnet, wird bestimmt nach der Gleichung

[0026] Um aus den beiden Stützwerten psa und psb gültig für den hohen Umgebungsdruck PUH einen temperaturkompensierten Stützhochwert psH zu berechnen, wird das Stützteilverhältnis λ s verwendet. Dementsprechend ist also

und damit
psH = psa - λ s x (psa - psb).

[0027] In gleicher Weise wird für die beiden Stützwerte psc und psd, gültig für den niedrigen Umgebungsdruck PUL, ein Stütztiefwert psL berechnet aus
psL = psc - λ s x (psc - psd).

[0028] Die berechneten Größen für diesen Stützhochwert psh und Stütz­tiefwert psL sind in Figur 2 ebenfalls auf der Druckzahlengera­den eingetragen. Außerdem ist der gemessene Ansaugdruckwert pm eingezeichnet. Ein Teilverhältnis λ für diesen gemessenen An­ saugdruck pm bezüglich dem Stützhochwert psH und Stütztiefwert psL ergibt sich dann zu

[0029] Alle diese bis jetzt berechneten Werte bleiben gleich, solange der stationäre Betriebszustand ( -0, n0) fortbesteht. Es sei nun angenommen, daß ausgehend von diesem stationären Betriebs­zustand die Brennkraftmaschine durch Öffnen der Drosselklappe von einem Öffnungsgrad -0 auf einen Öffnungsgrad α 1 beschleu­nigt wird.

[0030] Während jedem Arbeitstakt wird dann für die jeweils aktuell er­faßten Werte des Öffnungsgrads α und der Drehzahl n das vorbe­schriebene Verfahren bis zur Ermittlung eines jeweiligen neuen Stützhochwerts psH und Stütztiefwerts psL durchgeführt.

[0031] Ein kompensierter Ansaugdruckwert pk ergibt sich dann mit dem während des stationären Betriebs berechneten Teilverhältnis λ. Dementsprechend ist

und damit
pk = psH1 - λ x (psH1 - psL1).

[0032] Dieser kompensierte Ansaugdruck pk dient nun zur Korrektur der Werte des gemessenen Ansaugdrucks pm während des dynamischen Übergangsbetriebs. Ein dynamischer Ansaugdruck pdyn ergibt sich aus der Beziehung

τ ist dabei eine experimentell ermittelte Zeitkonstante, die die Totzeiten der Luftmassen im Ansaugtrakt berücksichtigt. Sie berücksichtigt also den Zeitverzug zwischen dem gemessenen An­saugdruck pm und dem im Saugrohr wirklich vorhandenen dynami­schen Ansaugdruck pdyn.

[0033] Die unterschiedlichen Verläufe des gemessenen Ansaugdrucks pm und des im Saugrohr wirklich vorhandenen dynamischen Ansaug­drucks pdyn während des dynamischen Übergangsbetriebs durch Öffnen der Drosselklappe von α 0 auf α 1 ist in Figur 3 in ei­nem Druckzeitdiagramm dargestellt.

[0034] Man schließt also für die Korrektur vom statischen auf den dy­namischen Betrieb, indem angenommen wird, daß das im statischen Betrieb ermittelte Teilverhältnis für diesen kompensierten An­saugdruck im dynamischen Betrieb gilt.

[0035] Dieser dynamische Ansaugdruck pdyn muß schließlich noch durch einen Rechnerfaktor korrigiert werden, der die Rechenzeiten des Mikrorechners 1 berücksichtigt. Dieser Rechnerfaktor RF ergibt sich aus einem Druckanstiegsgradienten multipliziert mit der Verzugszeit tv des Mikrorechners 1. Also
RF = (pdyn_neu - pdyn_alt) x tv.
Ein korrigierter Ansaugdruckwert pkorr berechnet sich dann aus
pkorr = pdyn_neu + RF.
Dieser korrigierte Ansaugdruckwert pkorr ist dann derjenige Wert, der zusammen mit dem Drehzahlwert n die bei jedem Ar­beitstakt einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt.

[0036] Das vorbeschriebene Verfahren ist sinngemäß für alle dynami­schen Übergangsvorgänge anzuwenden, gleich ob die Brennkraftma­schine z.B. beschleunigt oder verzögert wird. Im zweitgenannten Fall entspricht dann dem Druckanstiegsgradienten ein Druckmin­derungsgradient.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zuzu­führenden Kraftstoffmenge während eines dynamischen Übergangs­betriebs, bei dem bei jedem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine
- ein Ansaugdruck (pm), eine Drehzahl (n), ein Öffnungsgrad (α) der Drosselklappe sowie eine Ansauglufttemperatur (TAL) gemessen werden,
- ausgehend von dem Ansaugdruckwert (pm) ein korrigierter An­saugdruckwert (pkorr) ermittelt wird, der zusammen mit dem Drehzahlwert (n) die Kraftstoffmenge bestimmt,
dadurch gekennzeichnet,

a) daß Stützkennfelder abgelegt sind, jeweils gültig für einen Umgebungsdruck und eine Umgebungstemperatur, die Stützwerte für den Druck abhängig von der Drehzahl (n) und dem Öffnungsgrad (α) enthalten,

b) daß bei jedem Arbeitstakt

ba) ein Stützteilverhältnis berechnet wird, das die Größe des Ansauglufttemperaturwerts (TAL) bezogen auf die Größen von zwei Umgebungstemperaturen zweier für einen ersten glei­chen Umgebungsdruck gültiger Stützkennfelder kennzeichnet,

bb) mit den aktuell bestimmten Werten für die Drehzahl (n) und dem Öffnungsgrad (α) aus den zwei Stützkennfeldern für den ersten Umgebungsdruck und zwei weiteren für einen zweiten Umgebungsdruck und die beiden Umgebungstemperaturen gülti­gen Stützkennfeldern je ein Stützwert (psa bis psd) ent­nommen wird,

bc) daß ein Stützhochwert (psH) aus dem Stützteilverhältnis und den zwei Stützwerten für den ersten Umgebungsdruck ermittelt wird,

bd) daß ein Stütztiefwert (psL) entsprechend aus den zwei Stützwerten für den zweiten Umgebungsdruck ermittelt wird,

be) daß ein Teilverhältnis berechnet wird, das die Größe des gemessenen Ansaugdrucks (pm) bezogen auf den Stützhochwert (psH) und den Stütztiefwert (psL) kennzeichnet,

c) daß bei jedem folgenden Arbeitstakt die unter b) genannten Schritte wiederholt werden,

d) daß ein kompensierter Ansaugdruck (pk) aus dem Teilverhält­nis und dem jeweils aktuellen Stützhochwert (psH) und Stütztiefwert (psL) berechnet wird,

e) daß mit dem kompensierten Ansaugdruck (pk) der jeweils ak­tuell gemessene Ansaugdruck (pm) zu einem dynamischen An­saugdruck (pdyn) korrigiert wird nach der Beziehung
pdyn = pm +


, wobei τ eine Zeitkonstante ist, die Totzeiten der Luftmas­sen im Ansaugtrakt berücksichtigt und

f) daß sich der korrigierte Ansaugdruck (pkorr) aus dem dyna­mischen Ansaugdruck (pdyn) zuzüglich einem Rechnerfaktor (RF) ergibt, der eine durch die Rechenvorgänge bedingte Verzugszeit (tv) berücksichtigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Schritt ba das Stützteilverhältnis bezogen auf die­jenigen beiden Umgebungstemperaturen berechnet wird, zwischen denen die Ansauglufttemperatur (TAL) liegt und die ihr am näch­sten kommen.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei den Schritten ba und bb derjenige erste Umgebungsdruck und derjenige zweite Umgebungsdruck verwendet wird, zwischen denen der gemessene Ansaugdruck (pm) liegt und die ihm am nächsten kommen.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß vier Stützkennfelder abgelegt sind, wobei
- ein erster Stützwert (pna) aus einem ersten Kennfeld gültig für einen ersten hohen Umgebungsdruck (PUH) und eine hohe Umgebungstemperatur (TUH),
- ein zweiter Stützwert (pnb) aus einem zweiten Kennfeld gül­tig für den ersten hohen Umgebungsdruck (PUH) und eine niedrige Umgebungstemperatur (TUL),
- ein dritter Stützwert (pnc) aus einem dritten Kennfeld gül­tig für einen zweiten niedrigen Umgebungsdruck (PUL) und die hohe Umgebungstemperatur (TUH),
- ein vierter Stützwert (pnc) aus einem vierten Kennfeld gül­tig für den zweiten niedrigen Umgebungsdruck (PUL) und die niedrige Umgebungstemperatur (TUL) gewonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechnerfaktor (FR) aus einem Druckanstiegsgradienten multipliziert mit einer Verzugszeit (tv) berechnet wird, also
FR = (pdyn_neu - pdyn_alt) x tv.

Zeichnung