DE19740915A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über eine in einem Ansaugrohr angeordnete Drosselklappe einem Brennraum zugeführt wird, und bei dem der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom ermittelt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Ansaugrohr angeordneten Drosselklappe, über die Luft einem Brennraum zuführbar ist, und mit einem Steuergerät, mit dem der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom ermittelbar ist.
Die Anforderungen an eine moderne Brennkraftmaschine im Hinblick auf eine Reduktion des verbrauchten Kraftstoffs und der ausgestoßenen Abgase werden immer höher. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine weiter zu verbessern, insbesondere die zuzumessende Kraftstoffmasse noch genauer zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird bei bekannten Brennkraftmaschinen der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit Hilfe eines Luftmassensensors, z. B. eines sogenannten HFM-Sensors bestimmt. Der auf diese Weise ermittelte Massenstrom wird dann dazu verwendet, die zugehörige einzuspritzende Kraftstoffmasse zu berechnen, die erforderlich ist, um einen von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs gewünschten Fahrzustand, also beispielsweise eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, zu erreichen.
Bei der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse ist es vorteilhaft, die Luftfüllung, insbesondere die relative Luftfüllung des Brennraums zu berücksichtigen. Es ist jedoch nicht möglich, diese Luftfüllung mit einem Sensor zu messen. Aus diesem Grund ist schon versucht worden, diese Luftfüllung rechnerisch zu ermitteln.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Berechnung der Luftfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine verbessert wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art bzw. bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem dem Ansaugrohr zugeführten Massenstrom zuerst ein Druck nach der Drosselklappe und dann eine Luftfüllung im Brennraum der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, aus dem dem Ansaugrohr zugeführten Massenstrom die Luftfüllung im Brennraum zu berechnen. Insbesondere aufgrund des Zwischenschritts, also der Ermittlung des Drucks nach der Drosselklappe, kann dabei die Genauigkeit der Berechnung der Luftfüllung wesentlich verbessert werden. Dies ist vor allem dadurch möglich, daß der genannte Druck nach der Drosselklappe rückgekoppelt und bei der Ermittlung des dem Ansaugrohr zugeführten Massenstroms verwendet wird.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu einer Rohluftfüllung verknüpft wird. Auf diese Weise wird der Massenstrom in eine Luftfüllung umgerechnet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die ermittelte Luftfüllung mit der Rohluftfüllung verglichen. Dies stellt eine weitere Rückkopplung dar, mit der die Genauigkeit bei der Berechnung der Luftfüllung in dem Brennraum weiter verbessert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Vergleichsergebnis mittels eines Integrators der Druck nach der Drosselklappe ermittelt. Dies stellt eine einfache, aber effektive Weise dar, den Druck nach der Drosselklappe zu berechnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der dem Ansaugrohr zugeführte Massenstrom mit einem Faktor verknüpft wird, der von der Temperatur im Ansaugrohr abhängig ist. Auf diese Weise wird die Rohluftfüllung an die aktuellen Verhältnisse im Ansaugrohr angepaßt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der ermittelte Druck nach der Drosselklappe mit einem berechneten Druck des in dem Brennraum verbliebenen Restgases verglichen. Damit ist es möglich, dasjenige Restgas in dem Brennraum der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, das nach einer Verbrennung nicht ausgestoßen wird, sondern in dem Brennraum verbleibt.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem insbesondere als Speichermedium ausgebildeten Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß dieses mit dem Programm versehene Speichermedium in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine nach der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des weiteren sind dem Brennraum 4 in nicht dargestellter Weise ein Einspritzventil und eine Zündkerze zugeordnet.
In dem Ansaugrohr 6 ist eine drehbare Drosselklappe 8 untergebracht, der in nicht dargestellter Weise ein Winkelsensor zugeordnet ist, mit dem die Winkelstellung der Drosselklappe 8 gemessen werden kann.
Parallel zur Drosselklappe 8 ist ein Leerlaufsteller vorgesehen, der einen Bypass 9 aufweist, in dem ein Ventil 10 untergebracht ist. Mit dem Bypass 9 wird die Drosselklappe 8 umgangen, und mit dem Ventil 10 kann der Durchfluß durch den Bypass 9 beeinflußt werden.
Zwischen der Drosselklappe 8 und dem Brennraum 4 mündet eine Tankentlüftung in das Ansaugrohr 6. Die Tankentlüftung weist ein Aktivkohlefilter 11 auf, das über eine Leitung 12 mit dem Ansaugrohr 6 verbunden ist, wobei in der Leitung 12 ein Ventil 13 untergebracht ist. Über die Leitung 12 kann Regeneriergas aus dem Aktivkohlefilter 11 dem Brennraum 4 zugeführt werden, und mit dem Ventil 13 kann der Zufluß des Regeniergases zu dem Ansaugrohr 6 beeinflußt werden.
Vor der Drosselklappe 8 und dem Leerlaufsteller kann in dem Ansaugrohr 6 ein Lader 14 zwischengeschaltet sein, durch den die dem Ansaugrohr 6 zugeführte Luft hindurchgeführt wird. Des weiteren kann vor dem Lader 14 ein Luftmassensensor 15, insbesondere ein sogenannter HFM-Sensor untergebracht sein, durch den ebenfalls die Luft hindurchgeführt wird. Vorzugsweise ist in dem Abgasrohr 7 ein Katalysator 16 untergebracht.
Des weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem Steuergerät 17 versehen, das über entsprechende elektrische Verbindungen 18 mit den Sensoren der Brennkraftmaschine 1 beispielsweise mit dem der Drosselklappe 8 zugeordneten Winkelsensor, sowie mit den Aktoren der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise mit den Ventilen 10, 13 gekoppelt ist.
In der Fig. 2 ist ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Bei diesem Verfahren kann der beschriebene Leerlaufsteller und/oder die beschriebene Tankentlüftung vorhanden sein, muß aber nicht. Entsprechendes gilt für den Lader 14. Ist eines der genannten Elemente vorhanden, so muß das nachfolgend beschriebene Verfahren entsprechend angepaßt werden.
Der Luftmassensensor 15 ist vorhanden und erzeugt ein Ausgangssignal, das dem dem Ansaugrohr 6 zugeführten und damit durch ihn hindurchfließenden Massenstrom mshfm entspricht. Es ist allerdings auch möglich, daß alternativ oder zusätzlich zu dem Luftmassensmesser 15 ein Drucksensor vorhanden ist, der nach der Drosselklappe 8 angeordnet ist, und aus dessen Ausgangssignal das Steuergerät 17 den dem Ansaugrohr 6 zugeführten, genannten Massenstrom mshfm mittels eines Modells berechnet.
Gemäß der Fig. 2 wird der dem Ansaugrohr 6 zugeführte Massenstrom mshfm einem Schalter 19 zugeführt, der in einem normalen Betriebszustand sich in der in der Fig. 2 dargestellten Stellung befindet. Von dort wird der dem Ansaugrohr 6 zugeführte Massenstrom mshfm einer Verknüpfungsstelle 20 zugeführt. Wäre eine Tankentlüftung vorhanden, so müßte an dieser Stelle dem dem Ansaugrohr 6 zugeführten Massenstrom mshfm ein zusätzlicher Massenstrom mste von der Tankentlüftung hinzugefügt werden.
An der Verknüpfungsstelle 20 wird das von dem Schalter 19 kommende Eingangssignal durch ein weiteres Eingangssignal dividiert, das sich aus dem Produkt aus der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 und einem von dem Volumen des Zylinders 3 der Brennkraftmaschine 1 abhängigen Faktor Kmot ergibt. Dieses weitere Eingangssignal wird von der Verknüpfungsstelle 21 erzeugt.
Das Ausgangssignal der Verknüpfungsstelle 20 stellt eine Rohluftfüllung rlroh des Brennraums 4 der Brennkraftmaschine 1 dar, die an einer Verknüpfungsstelle 22 mit einer ermittelten aktuellen Luftfüllung rl des Brennraums 4 verglichen wird. Bei der Rohluftfüllung rlroh handelt es sich dabei um einen Rohwert, aus dem durch nachfolgende Berechnungen die aktuelle Luftfüllung rl ermittelt wird.
Die von der Verknüpfungsstelle 22 gebildete Differenz wird einem Integrator 23 zugeführt, der das zeitliche Verhalten der Luft bzw. der Gase in dem Ansaugrohr 6 darstellt. Das Ausgangssignal des Integrators 23 wird mittels einer Verknüpfungsstelle 24 mit einem Paktor fts multiplikativ verknüpft. Der Faktor fts stellt dabei eine Berücksichtung der Temperatur im Ansaugrohr 6 der Brennkraftmaschine 1 dar. Danach wird das Ausgangssignal der Verknüpfungsstelle 24 mittels einer Verknüpfungsstelle 25 auf einen Normdruck von 1013 hPa (Hekto-Pascal) normiert. Als Ausgangssignal ergibt sich dann ein berechneter Druck ps, der nach der Drosselklappe 8 im Ansaugrohr 6 vorhanden ist. Dieser Druck ps nach der Drosselklappe 8 kann insbesondere für andere Berechnungen des Steuergeräts 17 weiterverwendet werden.
Von dem Druck ps nach der Drosselklappe 8 wird an einer Verknüpfungsstelle 26 ein Druck pirg abgezogen. Dieser Druck pirg entspricht demjenigen Druck im Brennraum 4, der sich daraus ergibt, daß nach einer Verbrennung immer ein gewisses Restgas aus dem Brennraum 4 nicht ausgestoßen wird, sondern in dem Brennraum 4 verbleibt. Insoweit handelt es sich bei dem Druck pirg um den Restgasdruck im Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1.
Der Druck pirg wird mittels einer Verknüpfungsstelle 27 gebildet, an der ein Faktor fh mit einem weiteren Eingangssignal multiplikativ verknüpft wird. Das weitere Eingangssignal ist dabei abhängig von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 und dem Drehwinkel °NW der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 und wird von einem Kennfeld 28 erzeugt. Der Faktor fh ergibt sich aus dem Umgebungsdruck bezogen auf 1013 hPa, wobei der Umgebungsdruck mittels eines Drucksensors gemessen oder mittels eines Modells von dem Steuergerät 17 berechnet werden kann.
Die von der Verknüpfungsstelle 26 erzeugte Differenz wird einer Verknüpfungsstelle 29 zugeführt, an der die Differenz mit einem Faktor fupsrl multiplikativ verknüpft wird. Der Faktor fupsrl dient der Umrechnung der Differenz in die zu berechnende aktuelle Luftfüllung rl in dem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1.
Der Faktor fupsrl wird von einer Verknüpfungsstelle 30 gebildet, der ein Faktor ftbr sowie ein weiteres Eingangssignal zugeführt sind. Das weitere Eingangssignal wird dabei von einem Kennfeld 31 in Abhängigkeit von der Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 und dem Drehwinkel °NW der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 erzeugt. Der Faktor ftbr berücksichtigt die Temperatur im Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise aus der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine 1 und ggf. weiteren Parametern über ein Modell ermittelt werden kann.
Insgesamt wird somit nach der Fig. 2 aus dem dem Ansaugrohr 6 zugeführten Massenstrom mshfm zuerst mittels eines Blocks 32 der Druck ps nach der Drosselklappe 8 und dann mittels eines Blocks 33 die Luftfüllung rl in dem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. Auf der Grundlage der berechneten Luftfüllung rl kann dann die in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoffmasse ermittelt werden. Hierzu kann auch der zuvor berechnete Durck ps nach der Drosselklappe 8 verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, kann der dem Ansaugrohr 6 zugeführte Massenstrom mshfm von dem Luftmassensensor 15 gemessen oder mittels eines nach der Drosselklappe 8 angeordneten Drucksensors berechnet werden. Wie ebenfalls erwähnt, wird dieser Massenstrom mshfm im normalen Betriebszustand, das heißt bei intaktem Luftmassensensor 15 bzw. Drucksensor, über den Schalter 19 weitergeleitet. Wird jedoch von dem Steuergerät 17 ein Defekt des Luftmassensensors 15 bzw. des genannten Drucksensors nach der Drosselklappe 8 festgestellt, so schaltet das Steuergerät 17 den Schalter 19 mittels eines Fehlerbits B_fe in die in der Fig. 2 nicht dargestellte Stellung um. Dies hat zur Folge, daß der dem Ansaugrohr 6 zugeführte Massenstrom mshfm durch einen Massenstrom msdk über die Drosselklappe 8 ersetzt wird.
Dieser Massenstrom msdk über die Drosselklappe 9 kann von dem Steuergerät 17 unabhängig von dem Luftmassensensor 15 oder dem Drucksensor nach der Drosselklappe 8 mittels eines Modells berechnet werden. Insbesondere kann der Massenstrom msdk über die Drosselklappe 8 aus der von dem Winkelsensor gemessenen Winkelstellung wdk der Drosselklappe 8 ermittelt werden. Dabei kann der nach der Fig. 2 erzeugte Druck ps nach der Drosselklappe 8 sowie der beispielsweise gemessene Druck vor der Drosselklappe 8 bei der Ermittlung verwendet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über eine in einem Ansaugrohr (6) angeordnete Drosselklappe (8) einem Brennraum (4) zugeführt wird, und bei dem der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom (mshfm) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem dem Ansaugrohr (6) zugeführten Massenstrom (mshfm) zuerst ein Druck (ps) nach der Drosselklappe (8) und dann eine Luftfüllung (rl) im Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom (mshfm) mit der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1) zu einer Rohluftfüllung (rlroh) verknüpft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Luftfüllung (rl) mit der Rohluftfüllung (rlroh) verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleichsergebnis mittels eines Integrators (23) der Druck (ps) nach der Drosselklappe (8) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom (mshfm) mit einem Faktor (fts) verknüpft wird, der von der Temperatur im Ansaugrohr (6) abhängig ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Druck (ps) nach der Drosselklappe (8) mit einem berechneten Druck (pirg) des in dem Brennraum (4) verbliebenen Restgases verglichen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsergebnis in die Luftfüllung (rl) umgerechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrechnung abhängig ist von der Temperatur im Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1)
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Luftfüllung (rl) im Brennraum (4) abhängig ist von der Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (1)
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Luftfüllung (rl) im Brennraum (4) abhängig ist von dem Umgebungsdruck.
11. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (17) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 geeignet ist.
12. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Ansaugrohr (6) angeordneten Drosselklappe (8), über die Luft einem Brennraum (4) zuführbar ist, und mit einem Steuergerät (17) , mit dem der dem Ansaugrohr (6) zugeführte Massenstrom (mshfm) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (17) aus dem dem Ansaugrohr (6) zugeführten Massenstrom (mshfm) zuerst ein Druck (ps) nach der Drosselklappe (8) und dann eine Luftfüllung (rl) im Brennraum (4) der Brennkraftmaschine (1) ermitteltbar ist.
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