DE19633680B4

DE19633680B4 - Einrichtung zur Korrektur eines Meßfehlers

Info

Publication number: DE19633680B4
Application number: DE19633680A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Moz; Juergen Breitwieser; Guido Ehlers
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: DE19633680A1

Abstract

Einrichtung zur Korrektur eines Meßwertes bei der Erfassung einer pulsierenden Größe, insbesondere der angesaugten Luftmasse bei einer Brennkraftmaschine, wobei die angesaugte Luftmasse mittels eines Sensors erfaßt wird, dessen Ausgangssignal sowie weitere, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, in der ein drehzahl- und drosselklappenwinkelabhängiges Korrekturkennfeld ablegbar ist, das zur Korrektur der Pulsationen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturkennfeld ein Kennfeld abgelegt wird, das mit einer Korrekturdrehzahl adressiert ist, die eine Funktion von Drehzahl und Ansauglufttemperatur ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektur eines Meßfehlers bei der Erfassung einer pulsierenden Größe, insbesondere der angesaugten Luftmasse bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Erfassung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse werden beispielsweise Luftmassenmesser eingesetzt, die ein beheiztes Element aufweisen, das dem zu messenden Luftstrom ausgesetzt wird und durch diesen gekühlt wird. Der durch das beheizte Element fließende elektrische Strom wird auf konstante Übertemperatur bezüglich der Ansauglufttemperatur geregelt. Aus dem benötigten Heizstrom läßt sich ein Maß für die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse gewinnen.

Es ist bekannt, daß unter gewissen Betriebsbedingungen Pulsationen der Ansaugluft auftreten, dadurch kann das Meßergebnis verfälscht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es im Resonanzfall zu so starken Pulsationen kommt, daß eine sogenannte Rückströmung auftritt. Da herkömmliche Luftmassenmesser üblicherweise die Strömungsrichtung nicht unterscheiden können, wird die rückströmende Luft fälschlicherweise als angesaugte Luft erkannt. Um diese Fehlmessungen abzumildern, sind Verfahren zur Bestimmung der angesaugten Luftmasse bekannt, bei denen der in Folge der Pulsationen auftretende Fehler kompensiert wird. Dazu erfolgt eine Korrektur mit Hilfe eines Korrekturkennfeldes. Es wird also die tatsächlich angesaugte Luftmasse aus dem Ausgangssignal des Luftmassenmessers unter Verwendung eines Kennfeldes ermittelt, wobei dieses Kennfeld über den Drosselklappenwinkel und der Motordrehzahl aufgespannt ist und die sich üblicherweise einstellenden Saugrohrpulsationen berücksichtigt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der derzeit noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 44 33 044 bekannt.

Bei dem aus der DE-P 44 33 044 bekannten Verfahren werden Betriebsbedingungen, unter denen in Folge von starken Pulsationen Rückströmung auftreten kann, unter Zugrundelegung der dann herrschenden Resonanzdrehzahl ermittelt. Ausgehend von der so ermittelten Resonanzdrehzahl werden aus einem abgespeicherten, jedoch laufend korrigier- bzw. adaptierbaren Kennfeld Werte entnommen, mit denen eine multiplikative Korrektur der zu erfassenden Luftmasse durchgeführt wird. Eine Änderung der Ansauglufttemperatur wird bei dem bekannten Verfahren nicht berücksichtigt. Eine solche Änderung der Ansauglufttemperatur beeinflußt jedoch die Schallgeschwindigkeit und damit eine Verschiebung der Pulsationsbereiche. Damit erfolgt eine Verschiebung der Drehzahlstützstellen, die die maximalen Korrekturfaktoren zur Pulsationsunterdrückung enthalten, wodurch Ungenauigkeiten bei der Korrektur der Meßgröße verursacht werden können.

Aus der US-PS 4,716,871 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Bypass im Ansaugsystem bekannt, durch den eine zusätzliche Luftmenge strömt. Im Bypass ist ein Ventil vorhanden, dass von einer Elektronik angesteuert wird und die Luft, die durch den Bypass strömt, regelt. Die vor dem Bypass im Saugrohr strömende Luft wird mit Hilfe eines Strömungssensor, der als Drosselklappensensor ausgestaltet ist, gemessen. Die Messergebnisse dieses Strömungssensor werden ebenso wie die Messergebnisse eines Temperatursensors bei der Steuerung bzw. Regelung der durch den Bypass strömenden Luft berücksichtigt. Es wird dabei unter Berücksichtigung der Temperatur berechnet, wie viel Luft durch den Bypass strömen soll. Hinweise, dass das Ausgangssignal des Strömungssensors bzw. des Drosselklappensensors korrigiert werden soll, werden nicht gegeben. Es wird auch die Problematik der Pulsationen im Saugrohr einer Brennkraftmaschine nicht beschrieben.

Aus den Druckschriften DE 44 40 640 A1 , DE 40 18 775 A1 sowie DE 39 40 385 A1 sind weitere Verfahren zur Bestimmung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft bekannt, bei denen das Ausgangssignal eines Sensors, der im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist, ausgewertet wird. Hinweise darauf, dass das Ausgangssignal des Strömungssensors korrigiert werden sollte, werden jedoch nicht gegeben.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Korrektur eines Meßfehlers bei der Erfassung einer pulsierenden Größe hat den Vor teil, daß eine noch genauere und zuverlässigere Bestimmung der pulsierenden Größe möglich ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß eine Änderung der Ansauglufttemperatur schnell und zuverlässig berücksichtigt wird, so daß eine Temperaturänderung zu keinerlei Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der pulsierenden Größe bzw. der daraus abgeleiteten Größen verursacht.

Erzielt wird dieser Vorteil, indem das Korrekturkennfeld, mit dessen Hilfe die Auswirkungen der Pulsationen bei der Bestimmung der pulsierenden Größe kompensiert werden, nicht nur drehzahl- und drosselklappenwinkelabhängig gemacht wird, sondern zusätzlich eine Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur aufweist. Das abgespeicherte Kennfeld ist somit über dem Drosselklappenwinkel und der Motordrehzahl aufgespannt, wobei die festen Drehzahlstützstellen des bekannten Kennfeldes durch Kennlinien ersetzt sind, die in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur ausgewählt werden.

Statt Drehzahlstützstellen in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur umzuschalten, besteht auch die Möglichkeit, das Kennfeld mit einer korrigierten Drehzahl zu adressieren. Diese korrigierte Drehzahl wird aus dem Produkt der ursprünglichen Drehzahl und einem Faktor gebildet, der die Wurzel aus dem Verhältnis von Ansauglufttemperatur zu einer Normtemperatur enthält. Da in Steuergeräten die Berechnung einer Quadratwurzel rechenaufwendig ist, kann alternativ dieser Korrekturfaktor für die Drehzahl in einer Kennlinie nachgebildet werden, die abhängig von der Ansauglufttemperatur ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß durch die erzielte optimale Korrektur der Pulsationsauswirkungen die aus der Luftmasse zu errechnenden Größen exakt ermittelbar sind, wodurch beispielsweise eine Überfettung des Kraftstoffluftgemisches als Folge von Pulsationsverschiebungen zuverlässig vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt im einzelnen 1 die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine einschließlich der erforderlichen Sensoren. In 2 ist ein Blockschaltbild angegeben, das ein Beispiel der erfindungsgemäßen Pulsationskorrektur verdeutlicht.

In 1, die bereits weitgehend aus der deutschen Patentanmeldung DE-P 44 33 044 bekannt ist, sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Komponenten einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Dabei ist mit 10 das Saugrohr der Brennkraftmaschine bezeichnet, 11 bezeichnet ein Einspritzventil und 12 die Drosselklappe, deren Stellung bzw. Winkel α_DK mit Hilfe eines Sensors 13 gemessen wird.
Mit 14 ist ein Luftmassenmesser bezeichnet, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser, der die durch das Saugrohr bei einer Brennkraftmaschine durchströmende Luftmasse m_L mißt und in Abhängigkeit von der strömenden Luftmasse eine Ausgangsspannung U_mH liefert, die von der Auswerteschaltung 15 des Luftmassenmessers 14 bereitgestellt wird.
Mit 16 ist eine Welle der Brennkraftmaschine beispielsweise die Kurbel- oder die Nockenwelle bezeichnet. Eine mit dieser Welle in Verbindung stehende Scheibe 17 weist an ihrer Oberfläche Markierungen 18 auf, die mit Hilfe eines Aufnehmers 19 abgetastet werden. Dieser Aufnehmer liefert eine Ausgangsspannung U_n mit einer charakteristischen Pulsfolge, aus der die Drehzahl n der Brennkraftmaschine sowie die Winkelstellung der Kurbel- bzw. der Nockenwelle ermittelbar ist.
Die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine sowie die Auswertung der von den Sensoren gelieferten Signale erfolgt mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung, beispielsweise dem Steuergerät 20 der Brennkraftmaschine. In dieser Auswerteeinrichtung läuft auch die Korrektur eines Meßfehlers bei der Erfassung einer pulsierenden Größe, also beispielsweise des Ausgangssignales des Luftmassenmessers ab.
Das Steuergerät 20 umfaßt eine Eingangsbeschaltung 21 sowie eine Ausgangsbeschaltung 22 und eine zentrale Prozessoreinheit CPU 23 sowie Speicher 24. Zwischen den einzelnen Bestandteilen des Steuergerätes 20 werden Informationen ausgetauscht, dies ist durch die Pfeile 25a, 25b angedeutet. Die vom Steuergerät in Abhängigkeit von den ermittelten Daten berechneten Ansteuersignale für die Einspritzung und Zündung sind mit E und Z bezeichnet.
Zur Erfassung der Temperatur der angesaugten Luft befindet sich ein Temperatursensor 26 im Saugrohr der Brennkraftmaschine. Das Ausgangssignal U_T des Temperatursensors 26, das die Ansaugtemperatur T_A repräsentiert, wird dem Steuergerät 20 zugeführt. Aus dem von den Sensoren 13, 14, 19, 26 sowie ggf. weiterer Sensoren gelieferten Informationen werden im Steuergerät 20 die erforderlichen Daten berechnet. Dabei werden Kennfelder, die im Speicher 24 abgelegt sind, ausgewertet. Für die Berechnung der von der Brennkraft maschine angesaugten Luftmasse läuft im Steuergerät 20 das in 2 das in Blockform dargestellte Verfahren ab.
Die strömende Luftmasse m_L wird mit Hilfe des Luftmassenmessers 14, beispielsweise einem Heißfilmluftmassenmesser gemessen. Der Luftmassenmesser 14 liefert die Ausgangsspannung U_mH. Diese Ausgangsspannung wird im Verstärker 27 in geeigneter Weise verstärkt und in einem nachfolgenden Analog-/Digitalwandler 28 digitalisiert. Nach der Analog-/Digitalwandlung erfolgt die weitere Auswertung im Steuergerät 20. Dabei wird zunächst eine Linearisierung des Signales durchgeführt, dies ist mit Block 29 bezeichnet. Das Ausgangssignal des Blocks 29 wird über die Zeit T integriert (Block 30), wobei die Integration bzw. die Analog-/Digitalwandlung jeweils im 1 Millisekundentakt durchgeführt wird.
Im Block 31 erfolgt eine Numerierung durch Division der Zeit T durch die als Zeit definierte Segmentlänge T_seg. Nach dieser Division wird ein Luftmassensignal erhalten, das etwa einer Zylinderfüllung entspricht und in Block 32 aufbereitet wird, so daß am Ausgang des Blockes 32 das korrigierte Luftmassensignal m_LK erhalten wird. Dieses wird weiterverarbeitet in Block 33 und durch eine Konstante K1 dividiert und mit dem Kehrwert der Drehzahl 1/n multipliziert. Am Ausgang des Blockes 33 wird so ein Lastsignal erhalten, das als Rohlastsignal t_R bezeichnet wird.
Dieses Rohlastsignal wird im Block 34, dem die gemessenen Größen Drosselklappenwinkel α_DK, Drehzahl n sowie Ansauglufttemperatur zugeführt werden, mit dem Korrekturkennfeld für den Luftmassenmesser korrigiert. Mit Hilfe dieses Kennfeldes wird aus dem Rohlastsignal, das aus der Ausgangsspannung des Luftmassenmessers durch Umrechnen auf die Luftmasse unter Einbeziehung der Drehzahl und der Konstanten K1 gewonnen wurde, ein korrigiertes Lastsignal t_LK gebildet. Die Korrektur ermöglicht insbesondere Berichtigungen bezüglich der Saugrohrpulsationen.
Da das Kennfeld über den Drosselklappenwinkel α_DK und der Motordrehzahl aufgespannt ist und außerdem die Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur umfaßt, wird sichergestellt, daß das korrigierte Lastsignal t_LK auch bei Änderungen der Ansauglufttemperatur T_A exakt ist. Eine Änderung der Ansauglufttemperatur T_A würde ohne entsprechende Korrektur eine Verschiebung der Drehzahlstützstellen, die die maximalen Korrekturfaktoren zur Pulsationsunterdrückung enthalten, zur Folge haben. Das Kennfeld im Block 34 ist deshalb so ausgestaltet, daß die festen Drehzahlstützstellen aus dem Korrekturkennfeld durch Kennlinien ersetzt werden, die in Abhängigkeit der Ansauglufttemperatur ausgewählt werden, wobei die herrschende Ansauglufttemperatur aus den vom Temperatursensor gelieferten Informationen erhalten wird.
Anstatt einer solchen Umschaltung der Drehzahlstützstellen in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur T_A besteht auch die Möglichkeit, das Kennfeld mit einer korrigierten Drehzahl zu adressieren. Diese korrigierte Drehzahl n_K wird aus dem Produkt der ursprünglichen Drehzahl n und einem Faktor gebildet, der die Wurzel aus dem Verhältnis von Ansauglufttemperatur T_A zu einer Normtemperatur T_N enthält.
Es gilt:
Da in Steuergeräten die Berechnung einer Quadratwurzel rechenaufwendig ist, kann alternativ dieser Korrekturfaktor für die Drehzahl in einer Kennlinie nachgebildet werden, die abhängig von der Ansauglufttemperatur ist.
Das am Ausgang des Blockes 34 erhaltene, bezüglich Drosselklappenwinkel α_DK, Drehzahl n sowie Ansauglufttemperatur T_A korrigierte Lastsignal t_LK wird in Block 35 noch gefiltert, wobei die Filterung eine Tiefpaßfilterung darstellt. Die Filterkonstante KFZTL ist mit Hilfe eines weiteren Kennfeldes für die Zeitkonstante des Lastfilters beeinflußbar. Nach der Tiefpaßfilterung steht das für die weitere Auswertung benötigte Lastsignal t_L zur Verfügung. Ausgehend von diesem Lastsignal werden beispielsweise die für die Einspritzung benötigten Impulse ausgelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Pulsationskorrektur bezüglich einer Abhängigkeit von der Ansaugtemperatur läßt sich eine optimale Gemischvorsteuerung erzielen und die Pulsationsabhängigkeit des Lastsignales wird gegenüber dem Stand der Technik weiter reduziert. Damit wird auch eine Verbesserung bzw. Reduzierung der HC-, CO- und CO₂-Emission in der Vollast erreicht. Die Berücksichtigung der Ansauglufttemperatur T_A bei der Festlegung des Kennfeldes läßt sich beispielsweise in folgender Weise durchführen:
Bei Ansauglufttemperaturen zwischen 20 °C und 30 °C wird auf eine Kennlinie 1 zugegriffen. Zwischen 30 °C und 40 °C auf eine Kennlinie 2 usw.

Claims

Einrichtung zur Korrektur eines Meßwertes bei der Erfassung einer pulsierenden Größe, insbesondere der angesaugten Luftmasse bei einer Brennkraftmaschine, wobei die angesaugte Luftmasse mittels eines Sensors erfaßt wird, dessen Ausgangssignal sowie weitere, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, in der ein drehzahl- und drosselklappenwinkelabhängiges Korrekturkennfeld ablegbar ist, das zur Korrektur der Pulsationen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturkennfeld ein Kennfeld abgelegt wird, das mit einer Korrekturdrehzahl adressiert ist, die eine Funktion von Drehzahl und Ansauglufttemperatur ist.
Einrichtung zur Korrektur eines Meßwertes bei der Erfassung einer pulsierenden Größe, insbesondere der angesaugten Luftmasse bei einer Brennkraftmaschine, wobei die angesaugte Luftmasse mittels eines Sensors erfaßt wird, dessen Ausgangssignal sowie weitere, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, in der ein drehzahl- und drosselklappenwinkelabhängiges Korrekturkennfeld ablegbar ist, das zur Korrektur der Pulsationen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturkennfeld ein Kennfeld abgelegt wird, das so aufgebaut ist „dass die Drehzahlstützstellen des Kennfeldes als Kennlinien in Abhängigkeit von Ansauglufttemperatur gewählt werden,
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der angesaugten Luftmasse ein Heißfilmluftmassensensor ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung das Steuergerät der Brennkraftmaschine ist, das aus den Ausgangssignalen des Luftmassenmessers ein Lastsignal bestimmt und ausgehend von diesem Lastsignal die Kraftstoffeinspritzung regelt.
Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Temperaturbereich der Ansaugluft auf eine Kennlinie 1, in einem zweiten Bereich der Ansauglufttemperatur auf eine Kennlinie 2 und in weiteren Temperaturbereichen auf weitere Kennlinien zugegriffen wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturdrehzahl aus dem Produkt der ursprünglichen Drehzahl und einem Faktor gebildet wird, der aus einer ansauglufttemperaturabhängigen Kennlinie ausgelesen wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturdrehzahl aus dem Produkt der ursprünglichen Drehzahl und einem Faktor gebildet wird, der aus der Wurzel des Verhältnisses von Ansauglufttemperatur zu einer Normtemperatur wird.