EP0482048B1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0482048B1
EP0482048B1 EP90910722A EP90910722A EP0482048B1 EP 0482048 B1 EP0482048 B1 EP 0482048B1 EP 90910722 A EP90910722 A EP 90910722A EP 90910722 A EP90910722 A EP 90910722A EP 0482048 B1 EP0482048 B1 EP 0482048B1
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0414—Air temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object of developing the method according to the preamble in such a way that the precontrol is more accurate.
  • the invention is based on the insight that the density of the air in the cylinder - and thus the air mass per stroke and the amount of fuel to be metered - is not adequately described by the temperature of the intake air. Rather, the temperature of the intake air within the intake tract is increased by additional heating, which is dependent on the load condition of the internal combustion engine.
  • the temperature value of the correction factor is therefore read out from a temperature map, specifically as a function of a heating temperature and the air mass flow, that is to say as a function of parameters which represent the load state of the internal combustion engine.
  • the heating temperature is a temperature value which describes the respective thermal state of the internal combustion engine and in particular its intake tract and which is decisive for the heating of the intake air in the intake tract.
  • the temperature at a representative Point of the intake tract for example, the temperature at a representative Point of the intake tract.
  • a calculated value of a corrected intake air temperature according to the formula is calculated for each support point of the heating temperature and for each support point of the air mass flow calculated;
  • the respective temperature of the intake air TAL is then subtracted from this value and the result is entered as the correction temperature TK in the support point of the temperature map.
  • the basic map for a specific internal combustion engine is determined on the test bench, this internal combustion engine being operated with a control device which, according to the invention, calculates the fuel mass supplied per cylinder and cycle using the previously determined temperature map.
  • the variables speed and intake pressure for the individual support points of the basic map are set and the associated fuel base value is changed until the desired value is obtained, usually in accordance with the stoichiometric mixture ratio between fuel and air :
  • the fuel base value obtained in this way is then entered in the base map.
  • the fuel mass actually injected deviates from this fuel base value in accordance with the correction according to the invention.
  • the basic map contains "Adjusted" values that apply to the selected cooling water temperature and intake air temperature, from which influences of different heating temperatures are eliminated. Since the basic map is determined at constant heating temperature, i.e. constant temperature of the cooling water and intake air, a single characteristic of the temperature map is sufficient for this.
  • an internal combustion engine 1 is provided with a speed sensor 11, a pressure sensor 12 for the intake manifold pressure, a cooling water temperature sensor 13 and an intake air temperature sensor 14.
  • the output variables of these sensors, the speed n, the intake manifold pressure p, the cooling water temperature TKW and the intake air temperature TAL are fed to a control unit 2 as input variables. From this, control unit 2 determines an injection time t for injection valves 10 of internal combustion engine 1, by which the injected fuel mass is determined.
  • the control unit 2 is a microcomputer with the usual input and output circuitry. Its mode of operation for determining the injection time t is explained on the basis of a flow chart according to FIG. 2.
  • step S1 the current values for the speed n, the intake manifold pressure p, the cooling water temperature TKW and the intake air temperature TAL are read into a working memory of the microcomputer.
  • a temperature difference TD is formed from the cooling water temperature TKW and the intake air temperature TAL.
  • step S3 a basic injection time tB is then read from the basic characteristic diagram stored in a read-only memory of the control unit 2.
  • the intake manifold pressure and speed n serve as input parameters.
  • the basic injection times tB are then calculated from the injection time t multiplied by the quotient of a respective corrected intake air temperature TALK associated with the load and the intake air temperature TALa selected for the design conditions.
  • the intake manifold pressure p and the intake air mass LM are measured in each case.
  • the thermodynamic equation of state then gives the value of the corrected intake air temperature TALK where VZ is the cylinder volume and R is the gas constant.
  • step S4 the intake air mass LM is then calculated from the basic injection time tB multiplied by the speed n.
  • step S5 a correction temperature TK is read out from the correction map, which is likewise stored in a read-only memory of the control unit 2.
  • the values for the air mass LM and the temperature difference TD determined in steps S2, 3 and 4 serve as input variables.
  • correction temperatures TK are also determined experimentally.
  • the values for the corrected intake air temperature TALK are determined at different temperature differences TD similar to the method previously described for the design conditions.
  • the respective correction temperature TK then results after subtracting the respective underlying intake air temperature TAL.
  • the associated corrected intake air temperature TALK can now be determined by addition to the measured intake air temperature TAL, which corresponds in good approximation to the temperature of the intake air in the cylinder.
  • step S7 the injection time t is finally calculated, according to which the injection valves 10 are then activated.
  • the basic injection time tB is corrected in accordance with the corrected intake air temperature TALK by multiplying it by the quotient of the intake air temperature value TALa selected for the design conditions and this corrected intake air temperature TALK.

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Abstract

Die angesaugte Luftmasse ist von der Lufttemperatur im Zylinder und damit von der Aufheizung im Ansaugtrakt abhängig; dieser Fehler bekannter Kennfeldsteuerungen abhängig von Druck- und Drehzahl wird durch die Erfindung korrigiert. Hierzu wird der einem Basiskennfeld entnommene Kraftstoffbasiswert mit einem Faktor multipliziert, dessen Nenner eine Korrekturtemperatur enthält, die für die Aufheizung der Ansaugluft im Ansaugtrakt abhängig von dessen Temperatur und vom Luftmassenstrom maßgebend ist und die einem entsprechenden Temperaturkennfeld entnommen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-4 495 925 bekannt. Dabei ist allerdings der Temperaturwert des Korrekturfaktors nur von der Temperatur der Ansaugluft abhängig, ein weiterer Korrekturfaktor wird festgelegt als Funktion der Kühlwassertemperatur.
  • In dem Dokument "Bosch, Technische Unterrichtung MOTRONIC, 1. Ausg. 1983, Seite 24/25" ist eine Warmlaufkorrektur einer Kraftstoffeinspritzsteuerung beschrieben, bei der der normale Einspritzwert mit einem Warmlaufkorrekturwert korrigiert wird, der einem Kennfeld in Abhängigkeit von Last, Drehzahl und Motortemperatur entnommen wird.
  • Es hat sich gezeigt, daß die damit erreichbare Genauigkeit der Vorsteuerung heutigen Ansprüchen nicht mehr genügt; der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß Oberbegriff so weiter zu bilden, daß sich eine höhere Genauigkeit der Vorsteuerung ergibt. Die Erfindung basiert dabei auf der Einsicht, daß die Dichte der Luft im Zylinder - und damit die Luftmasse pro Hub und die zuzumessende Kraftstoffmenge - durch die Temperatur der Ansaugluft nicht ausreichend beschrieben wird. Vielmehr wird die Temperatur der Ansaugluft innerhalb des Ansaugtraktes durch zusätzliche Aufheizung erhöht, wobei diese vom Lastzustand der Brennkraftmaschine abhängig ist.
  • Erfindungsgemäß wird deshalb der Temperaturwert des Korrekturfaktors aus einem Temperaturkennfeld ausgelesen, und zwar abhängig von einer Heiztemperatur und dem Luftmassenstrom, also abhängig von Parametern, die den Lastzustand der Brennkraftmaschine repräsentieren.
  • Die Heiztemperatur ist dabei ein Temperaturwert, der den jeweiligen thermischen Zustand der Brennkraftmaschine und insbesondere ihres Ansaugtraktes beschreibt und der für die Aufheizung der Ansaugluft im Ansaugtrakt maßgebend ist. Hierzu kann beispielsweise die Temperatur an einem repräsentativen Punkt des Ansaugtraktes abgefragt werden. Besonders einfach erweist es sich jedoch, als Heiztemperatur die Differenz zwischen der ohnehin erfaßten Kühlwassertemperatur und der Ansauglufttemperatur zu verwenden.
  • Besonders zweckmäßig ist es als Maß für den Luftmassenstrom das Produkt aus der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem jeweiligen Kraftstoffbasiswert zu verwenden, da letztere ja voraussetzungsgemäß (stöchiometrisches Mischungsverhältnis) dem Luftmassenstrom proportional ist.
  • Zur Ermittlung des Temperaturkennfeldes wird je Stützstelle der Heiztemperatur und je Stützstelle des Luftmassenstromes ein Rechenwert einer korrigierten Ansauglufttemperatur gemäß Formel
    Figure imgb0001
    berechnet; von diesem Wert wird dann die jeweilige Temperatur der Ansaugluft TAL abgezogen und das Ergebnis als Korrekturtemperatur TK in der Stützstelle des Temperaturkennfeldes eingetragen.
  • Das Basiskennfeld für eine bestimmte Brennkraftmaschine wird am Prüfstand ermittelt, wobei diese Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung betrieben wird, die die je Zylinder und Takt zugeführte Kraftstoffmasse erfindungsgemäß unter Benützung des zuvor ermittelten Temperaturkennfeldes berechnet. Bei Auslegungsbedingungen (eine gewählte Kühlwassertemperatur und Ansauglufttemperatur) werden die Variablen Drehzahl und Ansaugdruck für die einzelnen Stützstellen des Basiskennfeldes eingestellt und der zugehörige Kraftstoffbasiswert so lange verändert, bis sich der gewünschte -Wert, in der Regel entsprechend dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft, ergibt: Der so erhaltene Kraftstoffbasiswert wird dann in das Basiskennfeld eingetragen. Die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse weicht von diesem Kraftstoffbasiswert entsprechend der erfindungsgemäßen Korrektur ab. Daher enthält das Basiskennfeld "bereinigte" Werte, die für die gewählte Kühlwassertemperatur und Ansauglufttemperatur gelten, aus denen also Einflüsse unterschiedlicher Heiztemperaturen eliminiert sind. Da das Basiskennfeld bei konstanter Heiztemperatur, also konstanter Temperatur des Kühlwassers und der Ansaugluft ermittelt wird, genügt hierfür eine einzige Kennlinie des Temperaturkennfeldes.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:
    • Figur 1
    ein Blockschaltbild für das Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird und
    Figur 2
    ein Flußdiagramm zur Durchführung des Verfahrens.
  • In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Drehzahlsensor 11, einem Drucksensor 12 für den Saugrohrdruck, einem Kühlwassertemperatursensor 13 und einem Ansauglufttemperatursensor 14 versehen. Die Ausgangsgrößen dieser Sensoren, die Drehzahl n, der Saugrohrdruck p, die Kühlwassertemperatur TKW sowie die Ansauglufttemperatur TAL werden als Eingangsgrößen einem Steuergerät 2 zugeführt. Dieses Steuergerät 2 bestimmt daraus eine Einspritzzeit t für Einspritzventile 10 der Brennkraftmaschine 1, durch die die eingespritzte Kraftstoffmasse bestimmt ist.
  • Das Steuergerät 2 ist ein Mikrocomputer mit der üblichen Ein- und Ausgangsbeschaltung. Seine Arbeitsweise zur Bestimmung der Einspritzzeit t wird anhand eines Flußdiagramms gemäß der Figur 2 erläutert.
  • Der Programmablauf gemäß diesem Flußdiagramm wird für jedes Einspritzventil der Brennkraftmaschine 1 bei jedem Arbeitszyklus einmal durchgeführt. Im Schritt S1 werden die aktuellen Werte für die Drehzahl n, den Saugrohrdruck p, die Kühlwassertemperatur TKW und die Ansauglufttemperatur TAL in einen Arbeitsspeicher des Mikrocomputers eingelesen.
  • Im nächsten Schritt S2 wird eine Temperaturdifferenz TD aus der Kühlwassertemperatur TKW und der Ansauglufttemperatur TAL gebildet.
  • Im Schritt S3 wird dann aus dem in einem Festwertspeicher des Steuergeräts 2 abgelegten Basiskennfeld eine Basiseinspritzzeit tB ausgelesen. Als Eingangsparameter dienen dazu der Saugrohrdruck und die Drehzahl n.
  • Die Werte für diese Basiseinspritzzeiten tB sind experimentell ermittelt bei einer gewählten Ansauglufttemperatur TALa und Kühlwassertemperatur TKWa. Unter diesen Auslegungsbedingungen werden für die verschiedenen Last- und Drehzahlpunkte Einspritzzeiten t ermittelt, so daß sich eine Luftzahl = 1 ergibt. Die so ermittelten Einspritzzeiten t gelten dann für die Auslegungsbedingungen.
  • Die Basiseinspritzzeiten tB errechnet man dann aus der Einspritzzeit t multipliziert mit dem Quotienten aus einer jeweiligen lastabhängig zugehörigen korrigierten Ansauglufttemperatur TALK, und der für die Auslegungsbedingungen gewählten Ansauglufttemperatur TALa. Die dabei benötigten Rechenwerte für die korrigierte Ansauglufttemperatur TALK werden experimentell und durch Rechnung bestimmt. Hierzu werden ebenfalls unter den genannten Auslegungsbedingungen die verschiedenen Last und Drehzahlpunkte angefahren und eine Luftzahl von = 1 eingestellt. Dabei werden jeweils der Saugrohrdruck p und die angesaugte Luftmasse LM gemessen. Aus der thermodynamischen Zustandsgleichung ergibt sich dann der Wert der jeweiligen korrigierten Ansauglufttemperatur TALK zu
    Figure imgb0002
    wobei VZ das Zylindervolumen und
    R die Gaskonstante ist.
  • Im Schritt S4 gemäß Figur 2 wird dann die angesaugte Luftmasse LM aus der Basiseinspritzzeit tB multipliziert mit der Drehzahl n berechnet.
  • Im Schritt S5 wird aus dem ebenfalls in einem Festwertspeicher des Steuergeräts 2 abgelegten Korrekturkennfeld eine Korrekturtemperatur TK ausgelesen. Als Eingangssgrößen dienen dazu die in den Schritten S2, 3 und 4 ermittelten Werte für die Luftmasse LM und die Temperaturdifferenz TD.
  • Diese Korrekturtemperaturen TK werden ebenfalls experimentell ermittelt. Hierzu werden ähnlich dem zuvor für die Auslegungsbedingungen beschriebenen Verfahren die Werte für die korrigierte Ansauglufttemperatur TALK bei verschiedenen Temperaturdifferenzen TD ermittelt. Die jeweilige Korrekturtemperatur TK ergibt sich dann nach Subtraktion der jeweiligen zugrunde gelegten Ansauglufttemperatur TAL.
  • Mit der Korrekturtemperatur TK aus dem Schritt S5 kann nun durch Adition mit der gemessenen Ansauglufttemperatur TAL die zugehörige korrigierte Ansauglufttemperatur TALK ermittelt werden, die in guter Näherung der Temperatur der Ansaugluft im Zylinder entspricht.
  • Im Schritt S7 wird schließlich die Einspritzzeit t berechnet, gemäß der dann die Einspritzventile 10 angesteuert werden. Dabei wird die Basiseinspritzzeit tB entsprechend der korrigierten Ansauglufttemperatur TALK korrigiert, indem sie mit dem Quotienten aus der für die Auslegungsbedingungen gewählten Ansauglufttemperaturwert TALa und dieser korrigierten Ansauglufttemperatur TALK multipliziert wird.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem zur Ermittlung der je Arbeistakt in jeden Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffmasse abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffbasiswert aus einem Basiskennfeld ausgelesen und dieser abhängig von der Temperatur der Ansaugluft mit einem Korrekturfaktor korrigiert wird
    dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor (FK) einen Temperaturwert mit einer Korrekturtemperatur (TK) enthält, die aus einem Temperaturkennfeld ausgelesen wird, abhängig von einer vom Luftmassenstrom (LMS) abhängigen Variablen und von einer Heiztemperatur, die für die Aufheizung der Ansaugluft im Ansaugtrakt maßgebend ist und die sich berechnet aus der Temperatur der Ansaugluft und der Temperatur an einem Punkt des Ansaugtraktes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Korrekturfaktor die jeweilige Temperatur der Ansaugluft (TAL) zu der aus dem Temperaturkennfeld ausgelesenen Korrekturtemperatur (TK) addiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Heiztemperatur im Temperaturkennfeld die Temperaturdifferenz (TD) zwischen der Temperatur der Ansaugluft (TAL) und der Temperatur des Kühlwassers (TKW) dient.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Produkt aus Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und dem jeweiligen Kraftstoffbasiswert als Maß für den Luftmassenstrom senstrom (LMS) dient.
  5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Ermittlung des Temperaturkennfeldes je Stützstelle der Heiztemperatur und je Stützstelle des Luftmassenstromes (LMS) eine zugehörige korrigierte Ansauglufttemperatur (TALK) nach der Formel
    Figure imgb0003
     berechnet wird, wobei p der Druck im Ansaugrohr, VZ das Zylindervolumen, LM die Luftmasse je Zylinder und Hub und R eine Gaskonstante bedeuten.
  6. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Ermittlung des Basiskennfeldes für eine bestimmte Brennkraftmaschine zuerst mindestens eine Kennlinie des Temperaturkennfeldes bei Auslegungsbedingungen (Temperaturen der Ansaugluft TAL und des Kühlwassers TKW konstant) ermittelt wird, daß die Variablen jeder Stützstelle des Basiskennfeldes bei Auslegungsbedingungen eingestellt werden und der zugehörige Kraftstoffbasiswert solange variiert wird, bis die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmasse im stöchiometrischen Verhältnis zur zugeführten Luftmasse steht, wobei die tatsächlich zugeführte Kraftstoffmasse gemäß Anspruch 1 berechnet wird.
EP90910722A 1989-07-14 1990-07-06 Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine Revoked EP0482048B1 (de)

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EP89112980 1989-07-14
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DE (1) DE59008945D1 (de)
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