DE19803664A1

DE19803664A1 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19803664A1
Application number: DE19803664A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr Zhang
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: KR19990068155A; FR2774425B1; US6125821A; DE19803664B4; KR100576936B1; FR2774425A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE 196 12 451 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Brennkraft maschine ist ein Saugstutzen und ein Bypass zu dem Saugstut zen zugeordnet. In dem Saugstutzen ist eine Drosselklappe an geordnet. In dem Bypass ist ein Ventil angeordnet. Als Stel lantrieb sind für die Drosselklappe und das Ventil elektromo torische Antriebe vorgesehen. Ein Sollwert des Drehmoments an der Kurbelwelle wird abhängig von der Fahrpedalstellung er mittelt und abhängig von Vorsteuerwerten korrigiert, die von Steuerfunktionen der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Ein Sollwert eines reduzierten Strömungsquerschnitts an der Dros selklappe wird abhängig von dem Sollwert des Drehmoments er mittelt. Daraus wird dann ein Stellsignal für den Stellan trieb der Drosselklappe ermittelt.

Derartige Verfahren und Einrichtungen gewährleisten ein prä zises Steuern der Brennkraftmaschine. Sie beziehen alle Ein flußgrößen der Steuerung auf das Drehmoment der Kurbelwelle. So können die einzelnen Funktionen einfach und unabhängig voneinander ausgebildet werden. Sie können ohne hohen Appli kationsaufwand in beliebiger Kombination in Motorsteuerungen vorgesehen werden. Bisher beschränkte sich der Einsatz jedoch auf Brennkraftmaschinen, deren Drosselklappe elektromotorisch gesteuert wird (E-Gas).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das/die bekannte Verfahren/Ein richtung so zu verbessern, daß es/sie auch für eine Brenn kraftmaschine mit einer Drosselklappe einzusetzen ist, die mechanisch mit dem Fahrpedal gekoppelt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine präzise Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer mechanisch mit dem Fahrpedal gekoppelten Drossel klappe sicherstellt. Sie ermöglicht, daß Steuerungen für Brennkraftmaschinen mit einer elektromotorisch betätigten Drosselklappe mit einem geringen Anpassungsaufwand auch für kostengünstigere Brennkraftmaschinen mit mechanisch mit dem Fahrpedal gekoppelten Drosselklappen einsetzbar sind. Sie ge währleistet darüber hinaus eine komfortable Steuerung der Brennkraftmaschine.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.

Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfaßt einen Ansaugtrakt 1 mit einem Saugstutzen 10, in dem eine Drosselklappe 11 ange ordnet ist, und mit einem Bypass 12, in dem ein Ventil 13 an geordnet ist. Ein Einspritzventil 14 zum Zumessen von Kraft stoff ist in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet. Die Brennkraftma schine umfaßt ferner einen Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 aufweist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuel stange 22 ist mit dem Kolben 21 und der Kurbelwelle 23 ver bunden.

Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb mit mindestens einem Einlaßventil 30 und einem Auslaßventil 31 angeordnet ist. Ferner ist in dem Zylinderkopf 3 eine Zünd kerze 32 eingebracht. Falls die Brennkraftmaschine als selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist, so ist keine Zündkerze 32 vorgesehen und statt dessen ein Einspritz ventil oder ggf. eine Einspritzpumpe und eine Einspritzdüse vorgesehen. Die Brennkraftmaschine ist in der Fig. 1 mit ei nem Zylinder 20 dargestellt. Sie kann jedoch auch mehrere Zy linder umfassen.

Ein Abgastrakt 4 ist vorgesehen, in dem ein Katalysator 40 und eine Sauerstoffsonde 41 angeordnet sind.

Einer Steuereinrichtung 5 für die Brennkraftmaschine sind Sensoren zugeordnet, die verschiedene Meßgrößen erfassen und jeweils den Meßwert der Meßgröße ermitteln. Die Steuerein richtung 5 ermittelt abhängig von mindestens einer Meßgröße Stellsignale, die ein oder mehrere Stellgeräte steuern. Die Sensoren sind ein Fahrpedalsensor 61, der eine Fahrpedalstel lung PV des Fahrpedals 6 erfaßt, ein Luftmassenmesser 15, der einen Meßwert MAF_MES des Luftmassenstroms ermittelt und/oder ein Saugrohrdrucksensor 16, der einen Saugrohrdruck MAP erfaßt, ein Temperatursensor 17, der eine Ansauglufttempera tur erfaßt, ein Drehzahlgeber 24, der eine Drehzahl N der Kurbelwelle 23 erfaßt, die Sauerstoffsonde 41, die den Restsauerstoff des Abgases erfaßt und die diesem eine Luft zahl zuordnet. Je nach Ausführungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sen soren vorhanden sein. So ist in einer Ausführungsform statt des Fahrpedalsensors 61 ein Drosselklappenstellungsgeber vor gesehen. Der Meßwert des Drosselklappenstellungsgebers reprä sentiert die Fahrpedalstellung, da das Fahrpedal mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt ist. Bevorzugt ist auch ein Beobachter vorgesehen, der ein physikalisches Modell des An saugtraktes umfaßt und der Schätzwerte des Luftmassenstroms im Bereich des Luftmassenmessers 15, des Massenstroms in den Zylinder 20, des Saugrohrdrucks und des Umgebungsdrucks be rechnet.

Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer An trieb, ein elektromagnetischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als das Ventil 13 als das Einspritzventil 14 oder die Zündkerze 32 ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im folgenden jeweils mit dem zugeordneten Stellglied Bezug genommen.

Die Steuereinrichtung 5 ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausfüh rungsform der Steuereinrichtung 5 dargestellt. In einem Kenn feld KF1 wird ein Drehmomentfaktor TQ_FAC abhängig von der Fahrpedalstellung PV und der Drehzahl N ermittelt. In einer Multiplizierstelle M1 wird der Drehmomentfaktor TQ_FAC mit einem Adaptionsfaktor AD_FAC multipliziert. Der Adaptionsfak tor AD_FAC wird weiter unten beschrieben.

In einem Block B1 wird abhängig von dem in der Multiplizier stelle M1 ermittelten korrigierten Drehmomentfaktor TQ_FAC_COR und Schätzwerten für das Minimal und Maximal an der Kurbelwelle zur Verfügung stehende Drehmoment ein Soll wert TQ_SP des gewünschten Drehmoments und der Kurbelwelle 23 ermittelt. In dem Block B1 kann auch eine Funktion zur Last schlagdämpfung vorgesehen sein, die den Sollwert TQ_SP des gewünschten Drehmoments derart filtert, daß keine plötzlichen starken Veränderungen des Drehmoments auftreten, die sich in für den Fahrer unangenehmen Lastschlägen bemerkbar machen.

In einem Block B2 wird ein Sollwert TQF_SP eines schnell ein zustellenden Drehmoments und ein Sollwert TQ_MAF_SP des über die Füllung einzustellende Drehmoments ermittelt. Es werden jeweils neben dem Sollwert TQ_SP des vom Fahrer gewünschten Drehmoments auch Drehmomentanforderungen von Steuerfunktionen der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Derartige Steuerfunk tionen sind beispielsweise eine Leerlaufregelung, eine An tischlupfregelung, eine Motorschleppmomentregelung, eine Ge schwindigkeitsbegrenzung, eine Katalysatorheizfunktion oder eine Katalysatorschutzfunktion.

In einem Block B3 werden abhängig von dem Sollwert TQF_SP des schnell einzustellenden Drehmoments entsprechende Zündwinkel signale IGA, Einspritzdauersignale TI und/oder ein Zylinder abschaltungssignal SCC ermittelt und die den entsprechenden Stellgliedern zugeordneten Stellantriebe angesteuert.

In einem Block B4 wird über ein Modell des Ansaugtraktes ein Sollwert ARED_SP eines reduzierten Strömungsquerschnitts an der Drosselklappe 11 ermittelt. Durch den reduzierten Strö mungsquerschnitt sind die Reibungs- und Strömungsverluste an der Drosselstelle berücksichtigt.

In einem Block B5 wird abhängig von der Fahrpedalstellung PV, ein Istwert ARED_AV des reduzierten Strömungsquerschnitts an der Drosselklappe 11 ermittelt. Die Berechnung erfolgt im Block B5 abhängig von gespeicherten Kennfeldwerten.

Die Fahrpedalstellung PV ist proportional zu dem Öffnungsgrad der Drosselklappe, da das Fahrpedal mechanisch mit der Dros selklappe gekoppelt ist. Es ist somit einfach möglich, den Istwert ARED_AV des reduzierten Strömungsquerschnitts an der Drosselklappe 11 zu ermitteln.

In einer Summierstelle S1 wird die Differenz des Sollwertes ARED_SP und des Istwertes ARED_AV des reduzierten Strömungs querschnitts an der Drosselklappe gebildet.

In einem Block B6 wird ein Korrekturwert DARED abhängig von dem Meßwert MAF_MES und einem Schätzwert MAF_MOD des Luft massenstroms ermittelt. Dadurch können Modellungenauigkeiten des Modells des Ansaugtraktes korrigiert werden.

Einem Sollwert AREDV_SP des reduzierten Strömungsquerschnitts am Ventil im Bypass 12 wird dann die Differenz der Ausgangs größe der Summierstelle S1 und des Korrekturwertes DARED in der Summierstelle S2 zugeordnet. In einem Block B7 erfolgt dann eine Begrenzung des Sollwertes AREDV_SP auf einen vorge gebenen Mindestwert MW (z. B. null). In einem Block B8 wird dann aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld KF2 das Stellsi gnal V für das Ventil 13 ermittelt. So kann der Sollwert TQ_MAF_SP unabhängig von dem Öffnungsgrad der Drosselklappe durch das Ventil 13 eingestellt werden.

In einem Block B9 wird geprüft, ob der Sollwert AREDV_SP des reduzierten Strömungsquerschnitts am Ventil 13 im Bypass 12 kleiner ist als der Mindestwert MW. Ist dies der Fall, so wird ein Zeitzähler im Block B11 inkrementiert. Im Block B10 wird geprüft, ob der Sollwert AREDV_SP größer oder gleich ist des Mindestwertes. Ist dieser der Fall, so wird der Zeitzäh ler im Block B11 auf einen Initialisierungswert zurückge setzt.

In einem Block B12 wird geprüft, ob der Zeitzähler des Blocks B11 größer ist als ein Wert, der einer vorgegebenen Zeitdauer TD entspricht. Ist dies der Fall, so wird in einem Block B13 der Adaptionsfaktor AD_FAC um einen Deltawert Δ erhöht.

Die Blöcke B9 bis B13 werden jedoch bevorzugt nur dann abge arbeitet, wenn keine Drehmomentanforderungen der weiteren Steuerfunktionen vorliegen. Der Adaptionsfaktor AD_FAC wird fest gespeichert und steht auch nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine bei einem erneuten Einschalten der Brenn kraftmaschine wieder zur Verfügung. Durch den Adaptionsfaktor erfolgt eine Korrektur von Fehlern des Modells und so wird sichergestellt, daß im stationären Betriebszustand der Brenn kraftmaschine keine Verstellung des Zündwinkels aus der vor gegebenen optimalen Zündwinkellage erfolgt und somit die Emissionen gesenkt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt. So kann beispielsweise die den Massenstrom im Saugstutzen bestimmende Größe neben dem reduzierten Strö mungsquerschnitt auch der Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 sein.

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine

- mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (11) in einem Saugstutzen (10) und ein Ventil (13) in einem Bypass (12) zu dem Saugstutzen (10) angeordnet sind,
- mit einem Fahrpedal (6), das mechanisch mit der Drosselklappe (11) gekoppelt ist und
- mit einem Sensor (61) zum Erfassen der Fahrpedalstellung (PV), bei dem:
- ein Sollwert eines Drehmoments an der Kurbelwelle (23) oder einer mit der Kurbelwelle (23) mechanisch gekoppelten Abtriebswelle abhängig von der Fahrpedalstellung (PV) und von Drehmomentanforderungen von Steuerfunktionen der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
- ein Sollwert einer den Massenstrom im Saugstutzen bestimmenden Größe abhängig von dem Sollwert des Drehmoments ermittelt wird,
- ein Istwert der den Massenstrom im Saugstutzen bestimmenden Größe abhängig von der Fahrpedalstellung (PV) ermittelt wird, und
- ein Stellsignal (V) zum Steuern des Ventils (13) abhängig von dem Sollwert und dem Istwert der den Massenstrom im Saugstutzen bestimmenden Größe ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Massenstrom im Saugstutzen bestimmende Größe der reduzierte Strömungsquerschnitt an der Drosselklappe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer reduzierter Strömungsquerschnitt an dem Ventil ermittelt wird und zwar aus der Differenz des Sollwertes (ARED_SP) und des Istwertes (ARED_AV) des reduzierten Strömungsquerschnitts, daß ein Adaptionswert ermittelt wird, wenn der weitere reduzierte Strömungsquerschnitt eine vorgegebene Bedingung erfüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn der Wert des weiteren reduzierten Strömungsquerschnittes länger als eine vorgegebene Zeitdauer (TD) kleiner ist als ein vorgegebener Mindestwert (MW).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert mit einem neutralen Wert initialisiert ist und schrittweise verändert wird, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, bis der weitere reduzierte Strömungsquerschnitt größer ist als der Mindestwert (MW).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (61) zum Erfassen der Fahrpedalstellung (PV) ein Sensor ist, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe erfaßt.

7. Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

- mit einem Ansaugtrakt (1), in dem eine Drosselklappe (11) in einem Saugstutzen (10) und ein Ventil (13) in einem Bypass (12) zu dem Saugstutzen (10) angeordnet sind,
- mit einem Fahrpedal (6), das mechanisch mit der Drosselklappe (11) gekoppelt ist und
- mit einem Sensor (61) zum Erfassen der Fahrpedalstellung (PV), die aufweist:
- Mittel zum Ermitteln eines Sollwertes eines Drehmoments an der Kurbelwelle (23) oder einer mit der Kurbelwelle (23) mechanisch gekoppelten Abtriebswelle abhängig von der Fahrpedalstellung (PV) und von Drehmomentanforderungen von Steuerfunktionen der Brennkraftmaschine,
- Mittel zum Ermitteln eines Sollwertes einer den Massenstrom im Saugstutzen (10) bestimmenden Größe abhängig von dem Sollwert des Drehmoments,
- Mittel zum Ermitteln eines Istwertes der den Massenstrom im Saugstutzen bestimmenden Größe an der Drosselklappe (11) abhängig von der Fahrpedalstellung (PV), und
- Mittel zum Ermitteln eines Stellsignals (V) zum Steuern des Ventils (13) abhängig von dem Sollwert und dem Istwert der den Massenstrom im Saugstutzen (10) bestimmenden Größe.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (61) zum Erfassen der Fahrpedalstellung (PV) ein Sensor ist, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe erfaßt.