DE10234940B3

DE10234940B3 - Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10234940B3
Application number: DE10234940A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Henn; Martin Jehle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: KR20040012514A

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für eine vorgegebene Stellung der Drosselklappe eine minimale bzw. maximale Luftmasse bestimmt, die sich ergibt, wenn ein Bypass-Ventil vollständig geschlossen bzw. geöffnet ist. Der Sollwert für das Drehmoment wird auf die berechneten Minimal- bzw. Maximalwerte beschränkt, wodurch die Umsetzbarkeit mit optimalem Zündwinkel sichergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt, der eine Drosselklappe und in einer Parallelleitung zu der Drosselklappe ein Ventil aufweist. Ferner besitzt die Brennkraftmaschine ein Fahrpedal, das mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt ist, und einen Sensor zum Erfassen der Pedalstellung bzw. Drosselklappenstellung.

Brennkraftmaschinen mit einem Saugstutzen, in dem eine Drosselklappe angeordnet ist, und einem parallel zu der Drosselklappe geführten Bypass sind bekannt. In dem Bypass ist ein Ventil vorgesehen. Hierbei wird ein Sollwert des Drehmoments an der Kurbelwelle abhängig von der Fahrpedalstellung ermittelt und abhängig von Steuerfunktionen der Brennkraftmaschine korrigiert.

Aus DE 198 03 664 A1 ist ein Steuerverfahren zur Bestimmung des Drehmomentsollwerts bekannt, das auch für eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe eingesetzt werden kann, die mechanisch mit dem Fahrpedal gekoppelt ist. Bei dem bekannten Verfahren kann jedoch beispielsweise aufgrund von Bauteiltoleranzen die Situation auftreten, dass bei einer bestimmten Fahrpedalstellung und damit einer vorgegebenen Drosselklappenposition der Drehmomentsollwert so niedrig ist, dass beim vollständigen Schließen des Bypassventils eine Spätverstellung des Zündwinkels gegenüber der optimalen Lage erforderlich ist. Hierdurch kommt es zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und es können sogar kritische Abgastemperaturen erreicht werden.

Ebenfalls kann die Situation auftreten, in der bei vorgegebener Fahrpedalstellung der Drehmomentsollwert zu hoch gewählt ist.

Aus DE 100 65 516 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird ein Sollwert einer Lastgröße abhängig von einem maximal einstellbaren Wert der Lastgröße und einer den Fahrerwunsch repräsentierenden Größe ermittelt. Hierdurch wird ein Wert für ein Soll-Drehmoment und eine Luftmasse abhängig von der Fahrpedalstellung ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die einen Drehmomentsollwert bereitstellen, der mit einem möglichst günstigen Kraftstoffverbrauch realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4 oder 5 gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf ein Steuerund/oder Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine, deren Ansaugtrakt eine Drosselklappe und eine Parallelleitung zu der Drosselklappe aufweist. Ferner besitzt die Brennkraftmaschine ein Fahrpedal, das mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt ist und zusätzlich einen Sensor zum Erfassen der Pedalstellung bzw. Drosselklappenstellung aufweist. In einer an sich bekannten Weise wird ein Wert für ein Drehmoment abhängig von der Pedalstellung ermittelt. In einem weiteren Schritt wird ein Minimalwert für das Drehmoment bei geschlossenem Ventil und aktueller Pedalstellung ermittelt. Bei geschlossenem Ventil in der Parallelleitung ist der Luftstrom in den Zylinder lediglich durch die aktuelle Pedalstellung bzw. die damit verbundene Drosselklappenstellung vorgegeben.

Wird der optimale Zündwinkel beibehalten und auch die Einspritzung nicht geändert, ist der so bestimmte Minimalwert der kleinste Drehmomentwert, der bei gegebener Pedalstellung erreicht werden kann; auch ist die Addition eines vorbestimmten Betrages zu dem Minimalwert möglich. In einem abschließenden Schritt werden der der ermittelte Wert und der Minimalwert für das Drehmoment miteinander verglichen. Zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine wird nachfolgend der größere von beiden Werten als Sollwert weitergeleitet und gegebenenfalls durch Steuerfunktionen korrigiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sichergestellt, dass ohne Eingriffe besonderer Steuerfunktionen keine Drehmomentsollwerte zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet werden; die eine Verstellung des Zündwinkels oder dergleichen erforderlich machen. Der Drehmomentsollwert ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht kleiner als der für das Drehmoment ermittelte Minimalwert bei geschlossenem Ventil und aktueller Pedalstellung.

Bevorzugt wird der Minimalwert für das Drehmoment erst dann verwendet, um den Sollwert zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zu begrenzen, wenn die Pedalstellung eine vorbestimmte Mindestpedalstellung überschreitet. Auf diese Weise sind die Drehmomentsollwerte nicht im Leerlauf-Zustand nach unten begrenzt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 4 gelöst, bei dem zunächst ein Wert für das Drehmoment abhängig von der Fahrpedalstellung ermittelt wird. Der Maximalwert für das Drehmoment wird für vollständig geöffnetes Ventil und aktuelle Pedalstellung ermittelt. In einem anschließenden Vergleichsschritt wird der als Sollwert zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitete Wert auf den ermittelten Maximalwert oder einen Wert begrenzt, der geringfügig höher als der Maximalwert liegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in gleicher Weise wie bei dem minimalen Drehmoment ein maximal erreichbares Drehmoment berechnet.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 5 gelöst, bei dem zunächst ein relativer Drehmomentwunsch abhängig von der Fahrpedalstellung ermittelt wird. Bei vollständig geöffnetem Ventil und für die aktuelle Fahrpedalstellung wird ein Maximalwert für das Drehmoment ermittelt. Nachfolgend wird eine obere Bezugsgrenze für den relativen Drehmomentwunsch auf einen Wert gesetzt, der dem Maximalwert oder dem um einen vorbestimmten Betrag erhöhten Maximalwert entspricht. Im Unterschied zu dem Verfahren nach Anspruch 4 wird bei diesem Verfahren kein absoluter Wert für den Drehmomentwunsch ermittelt, sondern ein relativer Drehmomentenwunsch. Der relative Drehmomentenwunsch gibt an, welcher relative Wert eines Drehmomentenintervalls als Drehmomentsollwert dienen soll. Hierbei wird für die obere Grenze des Drehmomentbereichs der Maximalwert bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren in seinen Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 1, 4 und 5 bietet insgesamt den Vorteil, dass der Einfluss auf die Fahrbarkeit besser beherrschbar ist als beispielsweise bei globaler Verstellung eines Fahrerwunschs mittels eines Korrekturfaktors wie in DE 198 09 664 A1 . Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe von Daten, die in der Motorsteuerung verfügbar sind, die minimale und/oder maximale Luftmasse, das ist die Luftmasse bei geschlossenem bzw. geöffnetem Ventil, für die aktuelle Fahrpedalposition bestimmt. Aus dieser Luftmasse wird ein zugehöriges Moment errechnet, welches bei optimalem Zündwinkel vorliegt. Auf diese Weise wird eine Verstellung des Zündwinkels bzw. ein nicht realisierbarer Drehmomentsollwert vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden Minimal- und/oder Maximalwert für das Drehmoment abhängig von einem Wert für den reduzierten Strömungsquerschnitt an der Drosselklappe be stimmt. Die in die Brennkraftmaschine eintretende Luftmasse hängt von dem reduzierten Strömungsquerschnitt an der Drosselklappe und am Ventil ab. Vorzugsweise wird der Wert für den reduzierten Strömungsquerschnitt durch Adaption korrigiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhang eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Motorsteuerung,
2 Verfahren zur Berechnung des Drehmomentsollwerts als Blockdiagramm und
3 Verlauf von angesaugter Luftmasse und Drehmoment abhängig von der Fahrpedalposition.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Zylinder 12. Der besseren Übersicht halber wurde in 1 lediglich ein Zylinder der Brennkraftmaschine dargestellt. Dem Zylinder 12 ist ein Kolben 14 mit einer Pleuelstange 16 zugeordnet. Die Pleuelstange 16 ist mit dem Kolben 14 und einer Kurbelwelle 18 verbunden.
Die Brennkraftmaschine besitzt einen Ansaugtrakt 20 mit einer Drosselklape 22. Die Drosselklappe 22 ist mechanisch mit dem Fahrpedal 23 gekoppelt (nicht dargestellt). Parallel zu dem Trakt des Ansaugstutzens 20, in dem die Drosselklappe 22 angeordnet ist, befindet sich eine Bypass-Leitung 24. In dem Bypass 24 ist ein Ventil 26 vorgesehen, dessen Aktuator von der Motorsteuerung 28 ansteuerbar ist. Das Ventil 26 kann auch als Leerlaufsteller bezeichnet werden.
Die über den Ansaugtrakt 20 und die Bypass-Leitung 24 angesaugte Luftmasse tritt im Bereich des Zylinderkopfs in den Zylinder ein, wo zusammen mit dem Kraftstoff die Verbrennung erfolgt.
Die Signale eines Drehzahlsensors 30 werden an die Motorsteuerung 28 weitergeleitet ebenso wie die Signale der Fahrpedalstellung 32.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in 2 in Form eines Blockdiagramms näher erläutert. Die gefühlten Werte für Drehzahl 34 und Pedalstellung 36 liegen an einem Kennfeld 38 an. In dem Kennfeld 38 wird in an sich bekannter Weise ein Drehmomentfaktor TQ_FAC 40 ermittelt. Der Drehmomentfaktor 40 gibt an, welcher Anteil zwischen einer unteren und einer oberen Bezugsgrenze aufgrund der Fahrpedalstellung 36 angefordert wird. Der Drehmomentfaktor 40 wird im Block 42 mit einem minimalen Drehmoment 44 verglichen: Das minimale Drehmoment TQ_MIN 44 wird abhängig von der minimalen Luftmasse in dem Motor MAF_KGH_MIN 46 bestimmt. Die minimale Luftmasse wird hierbei vorzugsweise in Einheiten kg/h berechnet.
Zur Berechnung der minimalen Luftmasse 46 geht das erfindungsgemäße Verfahren im Block 48 von der minimal verfügbaren reduzierten Querschnittsfläche ARED_MIN 50 aus. Deren Wert wird in an sich bekannter Weise berechnet und kann vorzugsweise durch Adaption korrigiert werden. Die Berechnung ist in dem Blockschaltbild 48 näher aufgeschlüsselt. Zunächst wird die reduzierte Querschnittsfläche 50 mit einem temperaturabhängigen Parameter K 52 multipliziert und anschließend durch den Parameter A 54 der Schluckkennlinie dividiert. Das Ergebnis liegt als Größe X 56 an dem Kennfeld 58 an. Zusätzlich wird anhängig von einem Druck vor der Drosselklappe 60 ein zweiter Parameter Y 62 für das Kennfeld 58 bestimmt. Hierzu wird der Druck vor der Drosselklappe 60 mit einem Parameter A 54 der Schluckkennlinie multipliziert. Ein zweiter Parameter B 64 der Schluckkennlinie wird durch das Produkt dividiert. Das Ergebnis liegt als Größe 62 an dem Kennfeld 58 an.
Ausgangsgröße des Kennfelds 58 ist das Druckverhältnis 66 an der Drosselklappe PQ. Das Druckverhältnis wird mit dem Produkt aus Druck vor der Drosselklappe 60 und dem Parameter 54 aus der Schluckkennlinie multipliziert. Von dem Produkt wird der Parameter B als zweite Größe der Schluckkennlinie subtrahiert, sodass als Ergebnis die minimale Luftmasse im Motor resultiert. Die durchgeführten Berechnungen basieren auf der nachfolgenden Gleichung für den minimalen Luftmassenstrom im stationären Zustand: MAF_KGH_MIN=ARED_MIN*PSI(PQ)*PRS_UP_THR*K =PRS_UP_THR*PQ*A-B,
Mit den Hilfsgrößen X und Y ergibt sich hieraus eine Gleichung, die mit dem Kennfeld 58 gelöst wird: X=ARED_MIN*K/A Y=B/(A*PRS_UP_THR) PQ=X*PSI(PQ)+Y
Physikalisch liegt dem Verfahren eine Überlegung zugrunde, die nachfolgend anhand von 3 näher erläutert werden soll. In 3 sind auf der linken Seite die Luftmasse MAF pro Zylinderhub gegenüber der Drosselklappenstellung bzw. der aktuellen Pedalstellung PV dargestellt. Die Linie 68 zeigt die Luftmasse bei vollständig geschlossenem Bypass-Ventil, während die Linie 70 die Luftmasse bei vollständig geöffnetem Bypass-Ventil zeigt. Die beiden Kurven verdeutlichen, dass bei einer vorgegebenen Drehzahl gerade bei geringer Öffnung der Drosselklappe, die Stellung des Bypass-Ventils einen deutlichen Unterschied im Hinblick auf die zur Verfügung stehende Luftmasse bedingt. Hierbei weiss der Fachmann natürlich, dass dieser Unterschied mit großen Drehzahlen geringer wird.
Das auf der rechten Seite von 3 dargestellte Diagramm zeigt die Grenzen für das Drehmoment bei optimalem Zündwinkel abhängig von der Pedalstellung. Bei konstanter Drehzahl entspricht der Kurvenverlauf der Kurven 68 und 70 für die Luftmasse annäherungsweise dem Verlauf der Drehmomentkurven 72 und 74. Wird bei einer vorgegebenen Pedalstellung ein Drehmoment unterhalb der Kurve 72 angefordert, so kann dies lediglich durch einen späteren Zündwinkel erreicht werden. Wird ein Drehmoment im Bereich B oberhalb der Kurve 74 angefordert, so kann dies nicht erzielt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie in 2 dargestellt, in Block 42, der größere Wert von dem Wert 44 und dem sich aufgrund der Größe TQ_FAC 40 ergebenen Drehmomentwert als Drehmomentsollwert 68 weitergeleitet.
Um in keinen Konflikt mit dem Leerlauf-Zustand zu geraten, wird der Vergleich im Block 42 lediglich ab einer gewissen Mindestpedalbetätigung vorgenommen. Hierzu wird die Größe PV 36 zusätzlich in dem Block 42 berücksichtigt.
In 2 wurde das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf eine Begrenzung des Drehmomentsollwerts nach unten geschildert. Wie sich aus der 3 ergibt, kann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend für eine Begrenzung des Drehmomentsollwerts nach oben eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Ansaugtrakt (20), der eine Drosselklappe (22) und in einer Parallelleitung (24) zu der Drosselklappe ein Ventil (26) aufweist, und mit einem Fahrpedal (23), das mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt und mit einem Sensor (32) zum Erfassen der Pedalstellung oder der Drosselklappenstellung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Wert (40) für ein Drehmoment abhängig von der Fahrpedalstellung (36) ermittelt wird, – ein Minimalwert (44) für das Drehmoment für eine optimale Einstellung des Zündwinkels und der Einspritzung bei geschlossenem Ventil und aktueller Pedalstellung ermittelt wird, und – der ermittelte Wert (40) und der Minimalwert (44) für das Drehmoment miteinander verglichen (42) werden, wobei der größere von beiden Werten als Drehmomentsollwert (68) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich unter Addition eines vorbestimmten Betrages erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich nur ausgeführt wird, wenn die Pedalstellung (36) eine vorbestimmte Mindestpedalstellung überschreitet.
Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Ansaugtrakt (20), der eine Drosselklappe (22) und in einer Parallelleitung (24) zu der Drosselklappe ein Ventil (26) aufweist, und mit einem Fahrpedal (23), das mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt und mit einem Sensor (32) zum Erfassen der Pedalstellung oder der Drosselklappenstellung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Wert (40) für ein Drehmoment abhängig von der Fahrpedalstellung (36) ermittelt wird, – ein Maximalwert für das Drehmoment für eine optimale Einstellung des Zündwinkels und der Einspritzung bei vollständig geöffnetem Ventil und aktueller Pedalstellung ermittelt wird, und – der ermittelte Wert und der Maximalwert für das Drehmoment verglichen werden, wobei der kleinere von beiden Werten als Drehmomentsollwert zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.
Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Ansaugtrakt (20), der eine Drosselklappe (22) und in einer Parallelleitung (24) zu der Drosselklappe ein Ventil (26) aufweist und mit einem Fahrpedal (23), das mechanisch mit der Drosselklappe gekoppelt und mit einem Sensor (32) zum Erfassen der Pedalstellung oder der Drosselklappenstellung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein relativer Drehmomentenwunsch abhängig von der Fahrpedalstellung (36) ermittelt wird, – ein Maximalwert für das Drehmoment für eine optimale Einstellung des Zündwinkels und der Einspritzung bei vollständig geöffnetem Ventil und aktueller Pedalstellung ermittelt wird, – eine obere Bezugsgrenze für den relativen Drehmomentenwunsch auf einen Wert gesetzt wird, der dem Maximalwert oder einem Wert entspricht, der gegenüber dem Maximalwert um einen vorbestimmten Betrag erhöht ist, und – aus dem relativen Drehmomentwunsch und dem Bezugswert ein Drehmomentsollwert ermittelt wird, der zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert und/oder der Maximalwert für das Drehmoment abhängig von einem Wert für den reduzierten Strömungsquerschnitt (50) an der Drosselklappe bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, für. den reduzierten Strömungsquerschnitt der Drosselklappe adaptiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Temperatur der Ansaugluft, von Parametern, die das Schluckverhalten des Motors kennzeichnen, von dem Druck vor der Drosselklappe (60) und dem Wert (50) für den reduzierten Strömungsquerschnitt die minimal (46) und/oder maximal verfügbare Luftmasse bestimmt wird.,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des minimalen und/oder maximalen Druckverhältnisses an der Drosselklappe (66) mit Hilfe eines Kennfeldes (58) erfolgt, wobei als Eingangsgrößen für das Kennfeld zwei Parameter (56, 62) dienen, die von der Temperatur der Ansaugluft, von Parametern, die das Schluckverhalten des Motors kennzeichnen, von dem Druck vor der Drosselklappe (60) und dem Wert (50) für den reduzierten Strömungsquerschnitt abhängen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem minimalen und/oder maximalen Druckverhältnis an der Drosselklappe die minimal und/oder maximal verfügbare Luftmasse bestimmt wird.