DE3546053A1

DE3546053A1 - Verfahren zur steuerung einer betriebssteuergroesse einer brennkraftmaschine mit einem auflader

Info

Publication number: DE3546053A1
Application number: DE19853546053
Authority: DE
Inventors: Akimasa Tokio/Tokyo Yasuoka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1986-06-26
Also published as: GB8531725D0; US4683857A; JPH028131B2; DE3546053C2; GB2168754A; GB2168754B; JPS61149536A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße einer Brennkraftmaschine, mit dem die Antriebsfähigkeit in einem Durchgangs- bzw. Übergangsbetrieb verbessert werden kann.

Generell wird bei einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung die Öffnungszeit eines Kraftstoffeinspritzventils durch Multiplikation eines Bezugsöffnungszeitwertes Ti durch verschiedene Korrekturkoeffizienten gesetzt, die entsprechend Betriebszuständen bestimmt werden, wobei der Bezugswert Ti entsprechend erfaßten Werten des absoluten Druckes im Ansaugrohr der Maschine und der Maschinendrehzahl aus einer grundlegenden Ti-Tabelle ausgelesen wird.

Wenn sich jedoch eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader in einem Übergangsbetrieb befindet, nämlich in einem Beschleunigungs- oder Verzögerungszustand, variiert der Rückdruck in der Maschine aufgrund der Trägheit des Turboladers weit, und daher ist es unmöglich, mit dem Absolutdruck im Ansaugrohr und der Maschinendrehzahl allein eine optimale zuzuführende Kraftstoffmenge zu bestimmen. Insbesondere verursacht während der Beschleunigung die Trägheit der Turboladerturbine eine Verzögerung der Zunahme ihrer Drehzahl, so daß der Maschinenrückdruck höher wird, als bei Normalbetrieb, selbst wenn der absolute Druck im Ansaugrohr und die Maschinendrehzahl beide die gleichen sind, wie im Normalbetrieb. Eine Folge davon ist, daß die

in eine Brennkammer der Maschine eingebrachte Frischluftmenge abnimmt, so daß bei Zufuhr der gleichen Kraftstoffmenge wie im Normalbetrieb das Kraftstoffluftverhältnis des Gemisches überreich oder zu fett wird, wodurch eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs, eine Verschlechterung der Abgascharakteristiken und folglich eine Reduzierung der Maschinenausgangsleistung verursacht werden. Andererseits verursacht während einer Verzögerung die Trägheit der Turboladerturbine eine Verzögerung der Abnahme ihrer Drehzahl, so daß der Rückdruck viel niedriger wird, als im Normalbetrieb. Eine Folge davon ist, daß bei Zufuhr der gleichen Kraftstoffmenge, wie im Normalbetrieb, das Kraftstoffluftverhältnis des Gemisches zu mager wird, wodurch Schwierigkeiten entstehen, beispielsweise die Verschlechterung der Abgascharakteristiken.

Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung solcher Probleme getätigt worden, und es ist ihre Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader anzugeben, wobei die Antriebsfähigkeit in einem Ubergangsbetriebszustand der Maschine verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader entsprechend Betriebszustanden der Maschine vorgesehen, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Es wird die Maschinendrehzahl erfaßt, es wird der absolute Druck in einem Ansaugkanal der Maschine erfaßt, es wird der Abgasdruck erfaßt, es wird ein Korrekturwert für den absoluten Druck im Ansaugkanal entsprechend dem erfaßten Wert des Abgasdruckes bestimmt, es wird der erfaßte Wert des Abgasdruckes in dem Ansaugkanal mit dem auf diese Weise bestimmten Korrek-

turwert für den absoluten Druck im Ansaugkanal korrigiert, es wird eine Basissteuergröße entsprechend dem auf diese Weise korrigierten erfaßten Wert des absoluten Druckes im Ansaugkanal gesetzt, und es wird die Betriebssteuergröße für die Maschine entsprechend der auf diese Weise gesetzten Basissteuergröße gesteuert.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Figuren im folgenden beispielhaft beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ganzen Betriebssteuergrößen-Steuersystems, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet ist;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines die Ventilöffnungs-'

zeit steuernden Programms für ein Kraftstoffeinspritzventil entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm bezüglich des Rückdruckkorrektur-

koeffizienten C„ · und JbX

Fig. 4 eine Tabelle für die Bezugsventilöffnungszeit Ti.

In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine mit beispielsweise vier Zylindern. Mit der Maschine 1 ist ein Ansaugrohr 2 verbunden. Außerdem ist in dem Ansaugrohr ein Drosselventil 3 vorgesehen, mit dem ein Drosselventilöffnungssensor 4 verbunden ist, wobei die Drosselventilöffnung mit B _m„ bezeichnet ist und der Sensor 4 eine Ventilöffnung des Drosselventils 3 in ein elektrisches Signal umwandelt und das Signal an eine elektronische Steuereinheit 5, im folgenden mit ECU bezeichnet, sendet. Darüber hinaus ist in dem Ansaugrohr 2 ein Kraftstoffeinspritzventil 6 angeordnet, das elektrisch mit der ECU 5 verbunden ist, so daß die Ventilöffnungszeit für die Kraftstoffeinspritzung entsprechend einem von der ECU 5 erzeugten Signal gesteuert wird.

In einem Abgasrohr 10 der Maschine ist eine Turbine 7a eines Turboladers 7 angeordnet. Die Turbine 7a wird durch einen Abgasdruck von der Maschine 1 angetrieben und durch ihre Rotation wird ein Kompressor 7b angetrieben, der in dem Ansaugrohr 2 stromaufwärts des Drosselventils 3 angeordnet und mit der Turbine 7a durch eine Welle 7c verbunden ist.

Stromabwärts des Drosselventils 3 sind ein Absolutdrucksensor 9 bzw. P_nmo-Sensor und ein Absolutdrucksensor 9¹ bzwv P_RNJ -Sensor vorgesehen und mit dem Ansaugrohr 2 durch Leitungen 8 bzw. 8' verbunden. Der P_om_-Sensor 9 und der P_QKT,-

BIt UNΆ

Sensor 9¹ sind jeweils zur Turboladerdruckmessung (Hochdruckmessung) und zur Niedrigdruckmessung vorgesehen, um den inneren Druck des Ansaugrohres 2 genau zu messen, weil der Druck der Ansaugluft aufgrund des Vorhandenseins des Turboladers 7 der Maschine 1 in einem weiten Bereich variiert. Die Sensoren 9 und 9¹ erzeugen jeweils ein Signal, das den absoluten Druck in dem Ansaugrohr der ECU 5 anzeigt.

In den Körper bzw. Rumpf der Maschine 1 ist ein Drehzahlsensor 11 bzw. Ne-Sensor um die Nockenwelle oder die nicht dargestellte Kurbelwelle der Maschine herum befestigt. Der Maschinendrehzahlsensor 11 gibt ein Kurbelwinkelpositionssignal - im folgenden mit TDC-Signal bezeichnet - bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelposition bei jeder 180°-Drehung der Maschinenkurbelwelle ab, nämlich in einer Kurbelwinkel-, position vor einem vorbestimmten Kurbelwinkel in Bezug auf den oberen Totpunkt TDC beim Start des Ansaugtaktes in jedem Zylinder. Dieses TDC-Signal wird der ECU 5 zugeführt.

An dem Abgasrohr 10 ist durch eine Leitung 12 ein Abgasdrucksensor 13 bzw. P„ -Sensor angebracht. Er erzeugt ein Abgasdrucksignal für die ECU 5.

Mit der ECU 5 sind auch andere Maschinenbetriebsparametersensoren 14 verbunden, beispielsweise ein Maschinenwassertemperatursensor und ein Atmosphärendrucksensor. Die anderen Parametersensoren 14 liefern abgetastete Signale an die ECU 5.

Die ECU 5 setzt sich zusammen aus einem Eingabeschaltkreis 5a, der so funktioniert, daß er für einige der eingegebenen Signale, die von den verschiedenen Sensoren erzeugt werden', eine Wellenformung bewirkt, um den Spannungspegel der anderen eingegebenen Signale auf einen vorbestimmten Pegel zu korrigieren oder einen Analogsignalwert in einen Digitalsignalwert umwandelt, aus einer zentralen Verarbeitungseinheit 5b, die im folgenden mit CPU bezeichnet wird, aus einer Speichereinrichtung 5c, die verschiedene in der CPU 5b auszuführende Betriebsprogramme und Betriebsergebnisse speichert, und aus einem Ausgabeschaltkreis 5d, der ein Antriebssignal für das Kraftstoffeinspritzventil 6 erzeugt.

Die CPU 5b berechnet eine Öffnungszeit T des Kraftstoffeinspritzventils 6 auf der Basis von Maschinenbetriebsparametersignalen, die von den verschiedenen Sensoren erzeugt und in den Eingabeschaltkreis 5a eingegeben werden, und entsprechend einem Programm, das in der Fig. 2 als Flußdiagramm dargestellt ist und im folgenden beschrieben wird;

Die Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Programms, das benutzt wird, wenn durch die ECU 5 eine Steuerung für die Öffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils gemacht wird. Dieses Programm wird bei jeder Erzeugung des EDC-Signals durch den Ne-Sensor 11 ausgeführt.

Zuerst werden ein durch den Maschinendrehzahlsensor 11 erfaßter Maschinendrehzahlwert Ne, ein durch die Absolutdrucksensoren 9, 9' erfaßter Ansaugrohrabsolutdruckwert P und

OÄ

ein durch den Abgasdrucksensor 13 erfaßter Abgasdruckwert Ρ_χ in die ECU 5 eingegeben und in der Speichereinrichtung 5c gespeichert (Schritt 1) , dann schreitet das Programm zum Schritt 2 vor.

Beim Schritt 2 wird ein Rückdruckkorrekturkoeffizient C„_v

entsprechend der Maschinendrehzahl Ne aus einer in Figv3 gezeigten C„ -Tabelle ausgelesen, und der Ansaugrohrabsolutdruckwert P_ßA wird entsprechend korrigiert, wobei eine Kraftstoffmenge entsprechend einer in eine Maschinenbrennkammer eingebrachten tatsächlichen Frischluftmenge berechnet wird.

Die Berechnung wird in folgender Weise ausgeführt:

Die Frischluftmenge Q ist durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt:

e - 1

^VST ^PBA

^pR

(1)

in der ζ ein Kompressionsverhältnis, V_ST ein Taktvolu-

men, P_ßA den Absolutdruck im Ansaugrohr und P_R den Rückdruck bedeuten.

Der Rückdruck P_, ist durch die folgende Gleichung (2) κ

ausgedrückt:

^TEX

EX

(2)

in der T_n. die Temperatur im Ansaugrohr, T„_v die Tempera-BA ·Ε<Λ

tür im Abgasrohr und P_„ den erfaßten Wert des Abgasdruckes bedeuten.

Folglich wird die Frischluftmenge Q durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt:

e - 1

^VST ( P_BA

'EX

(3)

Wenn die Konstante A ■ · VST

und der Korrekturkoeffizient

gesetzt werden, drückt sich die Frischluftmenge Q durch die folgende Gleichung (4) aus:

Q- a<?_ba - Cex x Pbx)

U)

Im allgemeinen nimmt bei Zunahme der Maschinendrehzahl Ne die Ansaugluftmenge ab, so daß die innere Ansaugrohrtemperatur T_ßA fällt, während die innere Abgasrohrtemperatur T" zunimmt. Folglich nimmt der Korrekturkoeffizient

mit der Zunahme der Maschinendrehzahl graduell ab, so wie es in der
liehen C_T

es in dem C -Diagramm in Fig. 3 gezeigt ist. Im tatsäch-

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"EX-Diagramm differiert seine charakteristische Kurve entsprechend den Maschinenspezifikationen u.s.w., so daß sie für jede einzelne Maschine durch Experiment bestimmt wird.

Wenn das Programm zum Schritt 3 vorschreitet, in welchem der innere Ansaugrohrabsolutdruckwert P entsprechend dem erfaßten Wert des Abgasdruckes P__v durch die folgende Gleichung (5) korrigiert wird:

PßA * ^CEX ^{x p}EX

in welcher P_nflr, den effektiven inneren Ansaugrohrabsolutdruckwert bedeutet.

Aus der Gleichung (5) ist zu entnehmen, daß der P -Wert entsprechend der Zunahme und Abnahme des P„„-Wertes oder Rückdruckes abnimmt bzw. zunimmt. Folglich dient der Schritt 3 zur Kompensation einer Variation der in die Brennkammer eingebrachten Frischluftmenge, die durch eine Änderung im Rückdruck aufgrund einer Übertragung bzw. eines Übergangs vom Normalbetriebszustand in den übergangsbetriebszustand verursacht wird.

Dann schreitet das Programm zum Schritt 4 vor, in welchem eine Bezugsventilöffnungszeit Ti entsprechend der Maschinendrehzahl Ne und dem im obigen Schritt 3 gesetzten effektiven inneren Ansaugrohrabsolutdruck aus der in Fig.4 gezeigten Ti-Tabelle ausgelesen, und dann schreitet die Ausführung zum Schritt 5 vor.

Beim Schritt 5 werden entsprechend den von den verschiedenen Sensoren erzeugten vorausgehenden Maschinenbetriebsparametersignalen ein Korrekturkoeffizient K₁ und eine Korrekturvariable K- bestimmt. Der Koeffizient K₁ und die Variable Kp werden auf der Basis vorbestimmter arithmetischer Ausdrücke so berechnet, daß optimaler Kraftstoffverbrauch und optimale Abgascharakteristiken entsprechend den Betriebszuständen der Maschine eingebracht werden.

Dann schreitet das Programm zum Schritt 6 vor, bei welchem eine Öffnungszeit T__UT des Kraftstoffeinspritzventils 6 durch die folgende Gleichung (6) berechnet wird:

Tout ■ τι χ K₁ + κ₂ (6)

Entsprechend der auf diese Weise bestimmten Ventilöffnungszeit T_0UT erzeugt der Ausgabeschaltkreis 5d in der ECU 5 ein Antriebssignal für das Kraftstoffeinspritzventil 6 zur Steuerung der Öffnungszeit dieses Ventils (Schritt 7).

Obwohl in dieser Ausführungsform als Betriebssteuergröße die zuzuführende Kraftstoffmenge angenommen ist, bildet dies selbstverständlich keine Beschränkung und selbstverständlich kann beispielsweise auch die Ansaugluftmenge die Betriebssteuergröße sein.

-JA-

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Turbolader (7) weist folgende Verfahrensschritte auf: Es wird eine Maschinendrehzahl erfaßt (Sensor 11), es wird der absolute Druck in einem Ansaugkanal (2) der Maschine erfaßt (Sensoren 9, 9¹), es wird der Abgasdruck erfaßt (Sensor 13), es wird ein Korrekturwert für den absoluten Druck in dem Ansaugkanal entsprechend dem erfaßten Wert des Abgasdruckes bestimmt, es wird der erfaßte Wert des Äbsolutdruckes in dem Ansaugkanal mit dem auf diese Weise bestimmten Korrekturwert für den absoluten Druck im Ansaugkanal korrigiert, es wird eine Basissteuergröße entsprechend dem auf diese Weise korrigierten erfaßten Wert des absoluten Druckes im Ansaugkanal gesetzt, und es wird die Betriebssteuergröße (beispielsweise die durch den Injektor (6) eingespritzte Kraftstoffmenge) für die Maschine in einem Übergangsbetriebszustand, der anders ist, als ein Normalbetriebszustand, entsprechend der auf diese Weise gesetzten Basissteuergröße gesteuert. Dadurch kann die Antriebsleistung in Übergangsbetrieben, nämlich bei Beschleunigung und Verzögerung verbessert werden.

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H "We ICKSiMn-N, Dtp it.-Ph ys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing., R A/^EicxMANN,- Dipl-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

8000 MÜNCHEN 86 :. ''^ "■"■"-·'

POSTFACH 860 820

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Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße einer Brennkraftmaschine mit einem Auflader

Patentansprüche

\L Verfahren zur Steuerung einer Betriebssteuergröße ■'einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Auflader (7) entsprechend Betriebszuständen der Maschine (1), dadurch gekennzeichnet , daß die Maschinendrehzahl (Ne) erfaßt wird, daß der absolute Druck (P_BTG,- P_BNA) in einem Ansaugkanal (2) der Maschine (1) erfaßt wird, daß der Abgasdruck (Ρ_Εχ) erfaßt wird, daß ein Korrekturwert für den absoluten Druck in dem Ansaugkanal entsprechend dem erfaßten Wert des Abgasdruckes bestimmt wird, daß der erfaßte Wert des absoluten Druckes in dem Ansaugkanal mit dem auf diese Weise bestimmten Korrekturwert für den absoluten Druck im Ansaugkanal korrigiert wird, daß eine Basissteuergröße entsprechend dem auf diese Weise korri-

gierten erfaßten Wert des absoluten Druckes im Ansaugkanal gesetzt wird, und daß die Betriebssteuergröße für die Maschine entsprechend der auf diese Weise gesetzten Basissteuergröße gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrekturwert für den absoluten Druck in dem Ansaugkanal außerdem entsprechend dem erfaßten Wert der Maschinendrehzahl bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Betriebssteuergröße die zuzuführende Kraftstoffmenge ist.