WO1991001442A1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • 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 based on the knowledge that one of the main causes of the deviation of the actually injected fuel mass from the optimum value can be attributed to the heating of the intake air mass in the intake tract, depending on the operating point. Accordingly, in the invention, the fuel base value taken from the base map is corrected with a quotient whose denominator contains a temperature value that is read from a temperature map depending on a variable dependent on the air mass flow and on a heating temperature.
  • 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. For example, the temperature at a repre- sentative point of the intake tract can be queried. However, it proves to be particularly simple to use the difference between the cooling water temperature, which is recorded anyway, and the intake air temperature as the heating temperature.
  • 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
  • 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, generally in accordance with the stoichiometric mixture ratio between fuel and air, results in:
  • the fuel base value obtained in this way is then entered in the base map.
  • the fuel mass actually injected deviates from this basic fuel value in accordance with the correction according to the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram for the injection system
  • FIG. 2 shows a flow chart for carrying out the method.
  • 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 as input variables to a control unit 2. 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.
  • step S2 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 the speed n serve as input parameters.
  • the basic injection times tB are then calculated from the injection time t multiplied by the quotient from a respective corrected intake air temperature TALK associated with the load and the intake air temperature TALa selected for the design conditions.
  • the calculation values required for the corrected intake air temperature TALK are determined experimentally and by calculation. For this purpose, the various loads and
  • VZ is the cylinder volume and R is the gas constant.
  • 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 from the correction map likewise stored in a read-only memory of the control device 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. For this purpose, similarly to the method previously described for the design conditions, the values for the corrected intake air temperature TALK are determined at different temperature differences TD. 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 from 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

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Bren kraftmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einem solchen in der US-PS 39 64 443 beschriebenen Verfah ren werden die einem Basiskennfeld entnommenen Kraftstoffbasi werte zwar abhängig von der Temperatur des Kühlwassers bei Start und Warmlauf korrigiert; auch eine Korrektur der Kraft¬ stoffbasiswerte abhängig von der Temperatur der Ansaugluft ist bekannt.
Im praktischen Betrieb solcher Druck-Drehzahl-Steuerungen tre¬ ten jedoch Abweichungen von dem gewünschten Verhältnis von Kraftstoff zur Luftmasse je Hub und Zylinder auf, die bisher häufig durch - entsprechend aufwendige - Regeleinrichtungen korrigiert wurden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu¬ grunde, die Vorsteuerung der Kraftstoffwerte ohne Einsatz eine geschlossenen Regelkreises zu verbessern. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine der Hauptur¬ sachen der Abweichung der tatsächlich eingespritzten Kraftstof masse von dem Optimalwert auf die betriebspunktabhängig unter¬ schiedliche Aufheizung der angesaugten Luftmasse im Ansaugtrak zurückzuführen ist. Dementsprechend wird bei der Erfindung der aus dem Basiskennfeld entnommene Kraftstoffbasiswert mit einem Quotienten korrigiert, dessen Nenner einen Temperaturwert ent¬ hält, der aus einem Temperaturkennfeld abhängig von einer vom Luftmassenstrom abhängigen Variablen und von einer Heiztempera tur ausgelesen wird. Die Heiztemperatur ist dabei ein Tempera- turwert der den jeweiligen thermischen Zustand der Brennkraft¬ maschine und insbesondere ihres Ansaugtraktes beschreibt und der für die Aufheizung der Ansaugluft im Ansaugtrakt maßgebend ist. Hierzu kann beispielsweise die Temperatur an einem repre- sentativen Punkt des Ansaugtraktes abgefragt werden. Besonders einfach erweist es sich jedoch, als Heiztemperatur die Diffe¬ renz 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
TALK - PxVZ IHL* ~ LMxR
berechnet; von diesem Wert wird dann die jeweilige Temperatur der Ansaugluft TAL abgezogen und das Ergebnis als Korrekturtem- peratur TK in der Stützstelle des Temperaturkennfeldes eingetra¬ gen.
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 Auslegungs¬ bedingungen (eine gewählte Kühlwassertemperatur und Ansaugluft¬ temperatur) 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 stöchio- etrischen Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft, ergibt: Der so erhaltene Kraftstoffbasiswert wird dann in das Basiskennfeld eingetragen. Die tatsächlich eingespritzte Kraft¬ stoffmasse weicht von diesem Kraftstoffbasiswert entsprechend der erfindungsgemäßen Korrektur ab. Daher enthält das Basis- kennfeld "bereinigte" Werte, die für die gewählte Kühlwasser¬ temperatur und Ansauglufttemperatur gelten, aus denen also Ein¬ flüsse unterschiedlicher Heiztemperaturen eliminiert sind. Da das Basiskennfeld bei konstanter Heiztemperatur, also konstan- ter Temperatur des Kühlwassers und der Ansaugluft ermittelt wird, genügt hierfür eine einzige Kennlinie des Temperaturkenn¬ feldes.
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 Ver¬ fahren angewandt wird und Figur 2 ein Flußdiagramm zur Durchführung des Verfahrens.
In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Drehzahl¬ sensor 11, einem Drucksensor 12 für den Saugrohrdruck, einem Kühlwassertemperatursensor 13 und einem Ansauglufttemperatur- sensor 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 Brenn- kraftmaschine 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 eir.es 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 Sl werden die aktuellen Werte für die Drehzahl n, den Saugrohrdruck p, die Kühlwassertempera¬ tur TKW und die Ansauglufttemperatur TAL in einen Arbeitsspei¬ cher des Mikrocomputers eingelesen. Im nächsten Schritt S2 wird eine Temperaturdifferenz TD aus der Kühlwassertemperatur TKW und der Ansauglufttemperatur TAL ge¬ bildet.
Im Schritt S3 wird dann aus dem in einem Festwertspeicher des Steuergeräts 2 abgelegten Basiskennfeld eine Basiseinspritzzeit tB ausgelesen. Als Eingangsparameter dienen dazu der Saugrohr¬ druck 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 Einspritz¬ zeiten t ermittelt, so daß sich eine Luftzahl = 1 ergibt. Die so ermittelten Einspritzzeiten t gelten dann für die Auslegungs¬ bedingungen.
Die Basiseinspritzzeiten tB errechnet man dann aus der Ein¬ spritzzeit t multipliziert mit dem Quotienten aus einer jewei- ligen lastabhängig zugehörigen korrigierten Ansauglufttempera¬ tur TALK, und der für die Auslegungsbedingungen gewählten An¬ sauglufttemperatur 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 einge¬ stellt. Dabei werden jeweils der Saugrohrdruck p und die ange¬ saugte Luftmasse LM gemessen. Aus der thermodynamischen Zu- standsgleichung ergibt sich dann der Wert der jeweiligen kor- rigierten Ansauglufttemperatur TALK zu
TA K = bπr 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 Korrektur¬ temperatur 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 Auslegungs¬ bedingungen beschriebenen Verfahren die Werte für die korrigier¬ te Ansauglufttemperatur TALK bei verschiedenen Temperaturdiffe- renzen TD ermittelt. Die jeweilige Korrekturtemperatur TK ergibt sich dann nach Subtraktion der jeweiligen zugrunde gelegten An¬ sauglufttemperatur 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 Quoti¬ enten aus der für die Auslegungsbedingungen gewählten Ansaug- lufttemperaturwert TALa und dieser korrigierten Ansauglufttem¬ peratur TALK multipliziert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem zur Ermittlung der je Arbeitstakt in jeden Zylinder einzusprit- zenden Kraftstoffmasse abhängig vom Druck im Ansaugrohr (p) und von der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffbasis¬ wert aus einem Basiskennfeld ausgelesen und dieser abhängig von der Temperatur der Ansaugluft korrigiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kraftstoffbasiswert (KSTB) mit einem Korrekturfaktor (FK) in der Form eines Quotienten
FK = § multipliziert wird, wobei der Nenner B ein Temperaturwert ist, der eine Korrekturtemperatur (TK) enthält, die aus einem Tempe¬ raturkennfeld ausgelesen wird, und zwar abhängig von einer von dem Luftmassenstrom (LMS) abhängigen Variablen und von einer Heiztemperatur, die für die Auf eizung der Ansaugluft im Ansaug¬ trakt maßgebend ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Ermittlung des Nenners (B) des Korrekturfaktors (FK) die jeweilige Temperatur der Ansaugluft (TAL) zu der aus dem Temperaturkennfeld ausgelesenen Korrekturtemperatur (TK) addiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Heiztemperatur im Temperaturkennfeld die Temperaturdif¬ ferenz (TD) zwischen der Temperatur der Ansaugluft (TAL) und der Temperatur des Kühlwassers (TKW) dient. "
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Produkt aus Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und dem jeweiligen Kraftstoffbasiswert als Maß für den Luftmassenstrom senstro (LMS) dient.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Ermittlung des Temperaturkennfeldes je Stützstelle der Heiztemperatur und je Stützstelle des Luftmassenstromes (LMS) eine zugehörige korrigierte Ansauglufttemperatur (TALK) nach der Formel
Figure imgf000009_0001
berechnet wird, wobei p der Druck im Ansaugrohr, VZ das Zylin¬ dervolumen, LM die Luftmasse je Zylinder und Hub und R eine Gaskonstante bedeuten.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Ermittlung des Basiskennfeldes für eine bestimmte Brenn- kraftmaschine zuerst mindestens eine Kennlinie des Temperatur¬ kennfeldes bei Auslegungsbedingungen (Temperaturen der Ansaug¬ luft TAL und des Kühlwassers TKW konstant) ermittelt wird, daß die Variablen jeder Stützstelle des Basiskennfeldes bei Ausle¬ gungsbedingungen eingestellt werden und der zugehörige Kraft- stoffbasiswert solange variiert wird, bis die der Brennkraftma¬ schine zugeführte Kraftstoffmasse im stöchiometrischen Verhält¬ nis zur zugeführten Luftmasse steht, wobei die tatsächlich zu¬ geführte Kraftstoffmasse gemäß Anspruch 1 berechnet wird.
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