DE19540832C1 - Verfahren zur Lasteinstellung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lasteinstellung ei­ ner Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Erfindung basiert auf einer Drosselklappensteuerung gemäß DE 42 23 253. Dort ist eine Steuereinheit (elektronische Mo­ torleistungssteuerung) beschrieben, die wenigstens in Abhän­ gigkeit von der Stellung des Fahrpedals einen Sollwert für den Öffnungswinkel der Drosselklappe bildet. Dieser dient als Führungsgröße für einen Lageregler, der ein elektro­ motorisches Stellglied zur Einstellung des Öffnungswinkels der Drosselklappe ansteuert.

Zur richtigen Gemischaufbereitung benötigen Kraftstoff-Zumeß-Systeme eine genaue Information über die von der Brennkraft­ maschine pro Hub angesaugte Luftmasse. Diese Information er­ halten sie über einen schnell ansprechenden Luftmassen­ sensor, der beispielsweise nach dem Heißfilm-Prinzip arbei­ tet. Das Ausgangssignal des Luftmassensensors folgt aufgrund seiner hohen Ansprechgeschwindigkeit jeder Pulsation in dem Luftstrom. Auch rückströmende Luftmassen werden - allerdings mit falschem Vorzeichen - erfaßt.

Als Pulsationen werden wechselnde Hin- und Rückströmungen der Luft in einem Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine bezeich­ net.

Sobald solche Pulsationen auftreten, liefert daher der Luft­ massensensor keine korrekten Meßwerte mehr, die für die Ge­ mischaufbereitung verwendbar wären.

Ein Verfahren zur Verminderung der Pulsationen in dem Bereich des Ansaugkanals, in dem der Luftmassensensor angeordnet ist, ist aus der DE 42 39 842 bekannt. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Rückströmung einen festen zeit­ lichen Bezug zur Kurbelwellenstellung besitzt. Somit ent­ spricht die Frequenz der Rückströmung der Luftmassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Bei diesem Verfahren wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe bei jeder Strömungs­ umkehr verändert. So wird sie bei rückströmenden Luftmassen in Richtung "Schließen" bewegt und bei hinströmenden Luft­ massen in Richtung "Öffnen".

Die Rückströmung in dem Bereich des Ansaugtrakts, der strom­ aufwärts der Drosselklappe liegt, wird somit gedämpft. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der sehr hohe Ansteuer­ aufwand für das entgegen die rückströmenden Luftmassen ge­ richtete Nachführen der Drosselklappe.

Bei einem System (US 47 81 162) zur Steuerung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine wird ein maximaler Öffnungswinkel ermittelt, abhängig von der Drehzahl. Der Öffnungswinkel der Drosselklappe wird im Sinne eines minimalen Kraftstoffver­ brauchs geregelt mit der Maßgabe, daß der maximale Öffnungs­ winkel nicht überschritten wird. Abrupte Änderungen der Lei­ stungsabgabe der Brennkraftmaschine werden somit verhindert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein einfaches Verfahren an­ zugeben, durch das vermieden wird, daß Pulsationen stromauf­ wärts einer Drosselklappe in einem Ansaugkanal einer Brenn­ kraftmaschine auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa­ tentanspruch 1 gelöst. Danach wird bei einer elektromotorisch verstellbaren Drosselklappe 8 der Öffnungswinkel auf einen drehzahlabhängigen Öffnungswert OW begrenzt, bei dem strom­ aufwärts einer Drosselklappe in einem Ansaugkanal 7 keine Pulsationen auftreten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung, bei der das er­ findungsgemäße Verfahren angewendet wird,

Fig. 2 einen beispielhaften Verlauf einer Öffnungs­ kennlinie,

Fig. 3 ein beispielhaftes Kennfeld,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 ein zweites Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

Fig. 6a, 6b ein drittes Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Motorsteuerungssystem (Fig. 1) weist ein Fahrpedal 1 mit einem Geber 2 auf, der die Stellung des Fahrpedals 3 erfaßt. Der Geber 2 ist mit einer Steuereinheit 3 elektrisch leitend verbunden. Die Steuereinheit 3 erfaßt den Umgebungsdruck über einen Drucksensor 4 oder leitet ihn aus Hilfsgrößen ab.

Ein Temperatursensor 5 und ein Luftmassensensor 6 sind in ei­ nem Ansaugkanal 7 angeordnet und elektrisch leitend mit der Steuereinheit 3 verbunden. Der Temperatursensor 5 erfaßt die Temperatur der Luft in dem Ansaugkanal 7. Der Luftmassen­ sensor 6 erfaßt die angesaugte Luftmasse.

Eine Drosselklappe 8 ist in dem Ansaugkanal 7 stromabwärts von dem Luftmassensensor 6 angeordnet. Die Drosselklappe 8 ist durch einen elektromotorischen Antrieb 9 verstellbar. Der Ansaugkanal 7 ist mit einer Brennkraftmaschine 10 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Vollastlinie VL mit Vollastwerten des Öff­ nungswinkels der Drosselklappe 8 in Abhängigkeit von der Drehzahl n. Bei jedem Vollastwert ist eine maximale Füllung (im folgenden als motorische Vollast bezeichnet) der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 erreicht. Bei gleichbleibender Drehzahl n, erhöht sich somit durch ein Vergrößern des Öff­ nungswinkels der Drosselklappe 8 die Füllung der Zylinder nicht mehr.

Bei niedrigen Drehzahlen n wird die motorische Vollast schon bei kleinen Öffnungswinkeln der Drosselklappe 8 erreicht. Die Vollastlinie VL steigt annähernd linear mit der Drehzahl n an, bis sie bei hohen Drehzahlen n den Wert des maximalen Öffnungswinkels der Drosselklappe 8 erreicht.

Pulsationen können bei einer bestimmten Drehzahl n erst dann auftreten, wenn der Öffnungswinkel der Drosselklappe 8 größer ist als ein Pulsationswert. Diese Pulsationswerte, in Abhän­ gigkeit von der Drehzahl n aufgetragen, ergeben eine Pulsati­ onslinie PL.

Pulsationen treten bei niedrigen bis hin zu mittleren Dreh­ zahlen n auf. Sie sind besonderes ausgeprägt bei Brennkraft­ maschinen 10 mit bis zu vier Zylindern. Aus Fig. 2 ist er­ sichtlich, daß bei jeder Drehzahl n der Pulsationswert größer als der Vollastwert oder gleich dem Vollastwert ist, wenn der Vollastwert den Wert des maximalen Öffnungswinkels der Dros­ selklappe aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer Öffnungskenn­ linie OK, die zwischen die Vollastlinie VL und die Pulsati­ onslinie PL gelegt wird und aus der für jede Drehzahl n ein Öffnungsbasiswert OBW ermittelt werden kann, der zwischen dem zugehörigen Vollastwert auf der Vollastlinie VL und dem zu dieser Drehzahl gehörigen Pulsationswert auf der Pulsations­ linie PL liegt. Die Vollastlinie, die Pulsationslinie und Öffnungskennlinie OK gelten für eine Abstimmtemperatur der Luft in dem Ansaugkanal 7 (z. B. 20°C) und für einen Abstimm­ druck des Umgebungsdrucks (z. B. 1000 mbar). Weichen die Tem­ peratur und/oder der Umgebungsdruck von diesen Abstimmwerten ab, so ist eine entsprechende Korrektur nötig.

Der Öffnungswinkel der elektromotorisch betriebenen Drossel­ klappe 8 wird auf einen drehzahlabhängigen Öffnungswert OW begrenzt, der bei diesen Abstimmwerten dem Öffnungsbasiswert OBW entspricht.

Ein erster Korrekturwert KW1 wird aus einem Kennfeld KF (Fig. 3) in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Umge­ bungsdruck ermittelt. Mit dem ersten Korrekturwert KWI wird der Öffnungswert OW an den Umgebungsdruck und die Temperatur im jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 ange­ paßt. Bei der Abstimmtemperatur und dem Abstimmdruck weist der erste Korrekturwert KW1 den Wert Null auf. Ein höherer Umgebungsdruck als der Abstimmdruck bewirkt eine Verringerung des ersten Korrekturwertes KW1, eine Erhöhung der Temperatur im Vergleich zu der Abstimmtemperatur bewirkt eine Vergröße­ rung des ersten Korrekturwertes KW1.

Das erfindungsgemäße Verfahren (Fig. 4) wird im Schritt S1 gestartet. Im Schritt S2 wird die Öffnungskennlinie OK ausge­ wählt. Falls das Motorsteuerungssystem einen Ansaugkanal 7 mit variabler wirksamer Länge oder Einlaßventile mit varia­ bler Ventilsteuerzeit aufweist, ist für jede wirksame Länge des Ansaugkanals 9 bzw. für jede Ventilsteuerzeit eine Öff­ nungskennlinie OK fest gespeichert. Als variable Ventil­ steuerzeit wird eine Veränderung des Öffnungszeitpunktes oder des Schließzeitpunktes der Einlaßventile relativ zu den dazu­ gehörigen Kurbelwellenwinkeln bezeichnet. Die variable Ven­ tilsteuerzeit kann beispielsweise mit einer Nockenwelle, die unterschiedlich ausgebildete Nocken aufweist, oder mit elek­ tronisch gesteuerten Einlaßventilen erhalten werden.

Im Schritt S3 wird der Öffnungsbasiswert OBW bestimmt. Die Drehzahl n wird beispielsweise von einem Drehzahlsensor auf der Kurbelwelle erfaßt. In Abhängigkeit von der Drehzahl n wird dann der zugehörige Öffnungsbasiswert OBW auf der Öff­ nungskennlinie OK ermittelt.

Im Schritt S4 wird der erste Korrekturwert KW1 in Abhängig­ keit von der Temperatur in dem Ansaugkanal 7 und dem Umge­ bungsdruck aus dem Kennfeld KF ermittelt.

Anschließend wird im Schritt S5 dem Öffnungswert OW die Summe aus dem Öffnungsbasiswert OBW und dem ersten Korrekturwert KW1 zugewiesen.

Im Schritt S6 wird überprüft, ob ein Sollwert SW, der in Ab­ hängigkeit von der Stellung des Fahrpedals 1 gebildet wird, größer ist als der Öffnungswert OW. Ist dies der Fall, so wird in den Schritt S7 verzweigt. Ansonsten wird in den Schritt S8 verzweigt. Dort wird der Öffnungswert OW dem Soll­ wert SW zugewiesen und damit der Sollwert SW auf den Öff­ nungswert OW begrenzt.

Im Schritt S8 wird die Drosselklappe 8 auf den Öffnungs­ winkel, der dem Sollwert SW entspricht, eingestellt. Der Sollwert SW wird als Führungsgröße für einen Lageregler ver­ wendet, der den Öffnungswinkel der Drosselklappe 8 regelt. Im Schritt S9 wird das Verfahren beendet.

In Fig. 5 sind die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Verfahrensschritte identisch mit denen aus Fig. 4. Sie wer­ den daher im folgenden nicht weiter beschrieben.

Die Öffnungskennlinie OK wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens so gelegt, daß die Öffnungsbasiswerte OBW betrags­ mäßig nur wenig unter den zugehörigen Pulsationswerten lie­ gen.

Nach dem Schritt S4 wird das Verfahren im Schritt S4a fortge­ setzt. Dort wird der zweite Korrekturwert KW2 aus einer Adap­ tionstabelle drehzahlabhängig ermittelt. Die Adaptionstabelle ist für jede wirksame Länge des Ansaugkanals 7 und für jede Ventilsteuerzeit in einem Speicher abgelegt und kann verän­ dert werden. Durch den zweiten Korrekturwert KW2 werden Fer­ tigungstoleranzen und alterungsbedingte Veränderungen der Brennkraftmaschine 10 sowie des Ansaugkanals 7 berücksich­ tigt, die eine Verschiebung der Pulsationslinie zur Folge ha­ ben können.

Im Schritt S5a wird dem Öffnungswert OW die Summe aus dem Öffnungsbasiswert OBW, dem ersten Korrekturwert KW1 und dem zweiten Korrekturwert KW2 zugewiesen.

Auf den Verfahrensschritt 58, bei dem die Drosselklappe 8 eingestellt wird, folgt der Verfahrensschritt S12. Dort wird überprüft, ob eine Pulsation in dem Ansaugkanal 7 stromauf­ wärts der Drosselklappe 8 vorliegt. Dazu wird ein bekanntes Verfahren wie es z. B. in der EP 05 75 635 offenbart ist, ange­ wendet. Da dieses Verfahren für die Erfindung nicht wesent­ lich ist, wird es im folgenden nicht weiter beschrieben.

Wird im Schritt S12 eine Pulsation erkannt, so wird in den Schritt S10 verzweigt. Dort wird dem Sollwert SW der alte Sollwert SW verringert um einen Deltawert DW zugewiesen. Der Deltawert DW ist ein fest vorgegebener positiver Wert. Im Schritt S11 wird der zweite Korrekturwert KW2 um den Delta­ wert DW verringert. Nach dem Schritt S11 wird das Verfahren wieder im Schritt S8 fortgesetzt.

Wird im Schritt S12 keine Pulsation erkannt, so wird in den Schritt S13 verzweigt und dort der zweite Kontrollwert KW2 gespeichert. Die Adaptionstabelle wird somit angepaßt. Im Schritt S9 wird das Verfahren beendet.

Bei diesem Verfahren wird sichergestellt, daß der zweite Kor­ rekturwert KW2 so angepaßt wird, daß der Öffnungswinkel der dem Öffnungswert OW entspricht nicht in der Pulsation liegt.

In den Fig. 6a und 6b sind die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Verfahrensschritte identisch mit denen aus Fig. 5. Sie werden daher im folgenden nicht weiter beschrieben.

Im Unterschied zu der in Fig. 5 beschriebenen Ausführungs­ form des Verfahrens folgt auf den Schritt S7 der Schritt S14, in dem die Drosselklappe analog zu Schritt S8 eingestellt wird.

Im Schritt S15 wird überprüft, ob der Sollwert SW größer oder gleich einem maximalen Öffnungswert OWmax ist, der dem maxi­ malen Öffnungswinkel der Drosselklappe entspricht. Ist dies der Fall, so wird in den Schritt S12 verzweigt. Ansonsten wird in den Schritt S16 verzweigt.

Dort wird analog zu Schritt S12 überprüft, ob eine Pulsation stromaufwärts der Drosselklappe 8 in dem Ansaugkanal 7 vor­ liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird in den Schritt S17 verzweigt, in dem der Sollwert SW um den Deltawert DW erhöht wird. Ansonsten wird in den Schritt S10 verzweigt.

Im Schritt S18 wird der zweite Korrekturwert KW2 um den Del­ tawert DW erhöht. Danach wird das Verfahren in dem Schritt S14 fortgesetzt.

Der zweite Korrekturwert wird bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens so angepaßt, daß der Öffnungs­ winkel, der dem Öffnungswert OW entspricht, gerade unterhalb des Öffnungswinkels der Drosselklappe liegt, bei dem Pulsa­ tionen auftreten oder bei dem der maximale Öffnungswinkel er­ reicht ist. Fertigungstoleranzen und alterungsbedingte Verän­ derungen können somit berücksichtigt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Lasteinstellung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem der Öffnungs­ winkel einer elektromotorisch verstellbaren Drosselklappe (8) in einem Ansaugkanal (7) von der Stellung eines Fahrpe­ dals (1) abgeleitet ist, wobei der Öffnungswinkel auf einen drehzahlabhängigen Öffnungswert (OW) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswert (OW) einen Öffnungsba­ siswert (OBW) beinhaltet, der zwischen einem unteren Grenz­ wert (Vollastwert), bei dem die motorische Vollast erreicht ist, und einem oberen Grenzwert (Pulsationswert) liegt, bei dem noch keine Pulsationen der Luft in einem Ansaugkanal (7) stromaufwärts von der Drosselklappe (8) auftreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswert (OW) aus der additiven Korrektur des Öffnungs­ basiswertes (OBW) mit einem ersten Korrekturwert (KW1) er­ halten wird, der von der Temperatur in dem Ansaugkanal (7) der Brennkraftmaschine (10) und dem Umgebungsdruck abhängt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswert (OW) aus der additiven Korrektur des Öffnungsbasiswertes (OBW) mit einem zweiten Korrekturwert (KW2) erhalten wird, der von der Drehzahl (n) abhängt und so adaptiert wird daß bei dem Öffnungswinkel der Drossel­ klappe (8), der dem Öffnungswert (OW) entspricht, noch kei­ ne Pulsationen der Luft in dem Ansaugkanal (7) auftreten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsbasiswert (OBW) zusätzlich von der wirksamen Länge des Ansaugkanals abhängt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsbasiswert (OBW) zusätzlich von der Ventilsteuerzeit der Einlaßventile abhängt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Korrekturwert (KW2) zusätzlich von der wirksamen Länge des Ansaugkanals abhängt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Korrekturwert (KW2) zusätzlich von der Ventilsteuer­ zeit der Einlaßventile abhängt.