DE19927674A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Eine Temperaturgröße und eine Druckgröße werden mit Sensoren erfaßt. Ausgehend von wenigstens der Temperaturgröße und der Druckgröße wird eine erste Größe bestimmt, die die Luftmenge charakterisiert, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Mit einem weiteren Sensor wird eine zweite Größe erfaßt, die die Luftmenge charakterisiert, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Mittels der ersten Größe wird die zweite Größe adaptiert. Ferner wird die erste Größe als Ersatzwert für die zweite Größe verwendet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegrif
fen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine sind aus der DE-OS 39 25 877
(US 5 235 949) bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrie
ben. Mittels Sensoren werden wenigstens eine Temperaturgröße
und eine Druckgröße erfaßt. Ausgehend von der Temperaturgrö
ße und der Druckgröße wird die Luftmasse bestimmt, die der
Brennkraftmaschine zugeführt wird. Alternativ ist vorgese
hen, daß die Luftmasse mittels eines Sensors unmittelbar er
faßt wird.
Die ständige Berechnung der Luftmasse ausgehend von Tempera
tur und Druck ist für den dynamischen Betrieb zu langsam, da
die Dynamik des Temperatursenors in der Regel zu gering ist.
Andererseits kann ein Sensor, der beispielsweise die Luftma
sse erfaßt, einer Drift- bzw. einer Alterung über der Be
triebszeit unterliegen. Desweiteren ist es möglich, daß die
ser Sensor ausfällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah
ren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftma
schine ein möglichst genaues Signal bezüglich der Luftmasse
bereitzustellen. Desweiteren soll gewährleistet werden, daß
bei einem Ausfall des Sensors ein Ersatzsignal mit ausrei
chender Genauigkeit zur Verfügung steht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann das Ausgangs
signal des Luftmassenmessers derart korrigiert werden, daß
dieses eine sehr hohe Genauigkeit aufweist. Desweiteren
steht für den Notfahrbetrieb, insbesondere bei Ausfall des
Luftmassenmessers, ein Ersatzsignal zur Verfügung.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und weiterbil
dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1
ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2
ein detailliertes Blockdiagramm der Erfassung der Luftmasse,
Fig. 3 ein Zustandsdiagramm, Fig. 4 verschiedene Flußdia
gramme des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 5 ein
Blockdiagramm zur Bereitstellung des Ersatzwertes für den
Notfahrbetrieb.
Die Fig. 1 zeigt grob schematisch ein System zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine. Bei dem dargestellten Ausführungs
beispiel handelt es sich um eine Dieselbrennkraftmaschine.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann aber auch bei ande
ren Brennkraftmaschinentypen eingesetzt werden. Im folgenden
wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel der
Luftmasse und der Kraftstoffmasse beschrieben. Die Vorge
hensweise ist aber nicht auf die Verarbeitung von Massesi
gnalen beschränkt, sie kann auch bei Mengengrößen, insbeson
dere bei Volumengrößen verwendet werden.
Die Brennkraftmaschine 100 erhält über eine Frischluftlei
tung 105 Frischluft zugeführt. In der Frischluftleitung sind
Sensoren 125 angeordnet die Signale TL und/oder PL bereit
stellen, die die Temperatur und/oder den Druck in der
Frischluftleitung 105 charakterisieren. Das Abgas der Brenn
kraftmaschine wird über eine Abgasleitung 110 von der Brenn
kraftmaschine abgeführt. Das Abgas gelangt über eine Turbine
115 in eine Auspuffleitung 120.
Die Turbine 115 ist über eine Laderwelle 132 mit einem Ver
dichter 130 verbunden, der die durch die Ansaugleitung 135
strömende Luft der Frischluftleitung 105 zuführt und dabei
verdichtet. In der Ansaugleitung 135 oder in der Frischluft
leitung 105 ist ein Luftmassensenor 127 angeordnet, der ein
Signal ML bezüglich der angesaugten Luftmasse liefert. Über
ein Abgasrückführventil 138 stehen die Abgasleitung 110 und
die Frischluftleitung 105 in Verbindung.
Ferner ist ein elektronisches Steuergerät 140 vorgesehen.
Dieses umfaßt unter anderem eine Mengensteuerung 142 und ei
ne Abgassteuerung 144. Die Mengensteuerung 142 beaufschlagt
eine Kraftstoffzumeßeinheit 145 mit Signalen ME, die abhän
gig von diesen Signalen ME der Brennkraftmaschine eine defi
nierte Kraftstoffmasse zumißt. Die Abgassteuerung 144 steu
ert einen elektropneumatischen Wandler 150 an. Dieser elek
tropneumatische Wandler 150 betätigt das Abgasrückführventil
138.
Der Steuerung 140 werden neben den Signalen TL, PL und ML
der Sensoren 125 und 127 weitere Signale N, FP und TW weite
rer Sensoren 155, 160 und 161 zugeleitet.
Der Verdichter 130 verdichtet die über die Ansaugleitung 135
einströmende Luft, die dann über die Frischluftleitung 105
zu der Brennkraftmaschine 100 gelangt. Das die Brennkraftma
schine verlassende Abgas gelangt über die Abgasleitung 110
zu der Turbine 115 und von dort in die Auspuffleitung 120.
Die Turbine 115 treibt den Verdichter 130 über die Laderwel
le 132 an. Mittels des Abgasrückführventils 138 kann die Zu
sammensetzung, der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft,
beeinflußt werden. Die Abgassteuerung 144 gibt hierzu ein
Signal TV mit entsprechendem Tastverhältnis an den elektro
pneumatischen Wandler 150.
Die Kraftstoffzumeßeinheit 145 führt der Brennkraftmaschine
100, die für die Verbrennung nötige Kraftstoffmenge zu. Die
Ansteuersignale ME für die Kraftstoffzumeßeinheit 145 und
das Tastverhältnis TV für den Wandler 150 werden von dem
elektronischen Steuergerät 140 vorgegeben. Hierzu wertet das
Steuergerät 140 verschiedene Signale aus.
Zur genauen Steuerung der Kraftstoffzumeßeinheit und/oder
der Abgasrückführung muß die Größe ML, die die zugeführte
Frischluftmasse charakterisiert, möglichst genau bekannt
sein. Bei einem Ausfall und/oder Defekt des Luftmassenmes
sers 127 muß ein Ersatzsignal mit ausreichender Genauigkeit
zur Verfügung stehen. Ferner kann der Luftmassenmesser 127
einer Alterung unterliegen. Dies würde dazu führen, daß das
Ausgangssignal ML des Luftmassenmesser 127 einer Drift un
terliegt. Um dies zu korrigieren ist ebenfalls ein Ersatzsi
gnal erforderlich.
Erfindungsgemäß wird daher ausgehend von einer Temperatur
größe und einer Druckgröße eine erste Größe MLS bestimmt,
die die Luftmasse charakterisiert, die der Brennkraftmaschi
ne zugeführt wird. Als Temperaturgröße wird vorzugsweise die
Temperatur TL der Luft verwendet, die in die Brennkraftma
schine gelangt. Als Druckgröße wird vorzugsweise der Druck
PL der Luft verwendet, die in die Brennkraftmaschine ge
langt.
Die so simulierte Luftmasse MLS wird dazu verwendet das Si
gnal des Luftmassenmessers 127 zu korrigieren. Erfindungsge
mäß wurde erkannt, daß dieses Signal in bestimmten Betriebs
zuständen einen sehr genauen Luftmassenwert bereitstellt und
daher in diesen Betriebszuständen zur Adaption des Luft
massenmesser 127 geeignet ist. In allen Betriebszuständen
kann die so simulierte Luftmasse MLS als Ersatzwert bei ei
nem Defekt des Luftmassenmessers 127 verwendet werden. Für
den Notfahrbetrieb ist die Genauigkeit der simulierten Größe
ausreichend.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines
Blockdiagramms detaillierter dargestellt. Bereits in Fig. 1
beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen
bezeichnet. Der Luftmassenmesser 127 liefert eine Ausgangs
spannung UHFM an einen Verknüpfungspunkt 200 und an einen
Verknüpfungspunkt 230. Von dem Verknüpfungspunkt 200 gelangt
das Signal zu einer Kennlinie 205. In der Kennlinie 205 ist
der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung UHFM und der
Größe ML, die die Luftmasse kennzeichnet, abgelegt. Das Aus
gangssignal ML der Kennlinie 205 gelangt, die die Luftmasse
kennzeichnet, zu einem Verknüpfungspunkt 210. Das Ausgangs
signal MLK des Verknüpfungspunktes 210 gelangt über ein
Schaltmittel 270 zu der Abgasrückführsteuerung 144.
An dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 230 liegt das
Ausgangssignal U0 einer Nullwertvorgabe 232. Das Ausgangs
signal des Verknüpfungspunktes 230 gelangt über ein Schalt
mittel 225 zu einer Offset-Ermittlung 220. Das Ausgangs
signal der Offset-Ermittlung 220 gelangt über ein Schaltmit
tel 215 zu dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 200.
Die Schaltmittel 215 und 225 werden von einer Steuerung 235
mit Steuersignalen beaufschlagt. Der Steuerung 235 wird we
nigstens das Ausgangssignal N des Drehzahlsensors 155 zuge
leitet.
An dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 210 liegt das
Ausgangssignal K einer Korrektur 240 an. Die Korrektur 240
wird zum einen mit dem Ausgangssignal ML der Kennlinie 205
und mit dem Ausgangssignal einer Abschaltung 242 beauf
schlagt. Der Abschaltung 242 wird das Ausgangssignal KL ei
nes ersten Tiefpasses 244 und das Ausgangssignal KA eines
zweiten Tiefpasses 254 zugeleitet.
Dem ersten Tiefpaß 244 wird über ein Schaltmittel 245 wahl
weise ein Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 246 bzw.
das Ausgangssignal des ersten Tiefpasses 244 zugeleitet. Dem
Verknüpfungspunkt 246 wird zum einen das Ausgangssignal ML
der Kennlinie 205 und zum anderen eins Ausgangssignal eines
Verknüpfungspunktes 248 zugeleitet. Dem Verknüpfungspunkt
248 wird das Ausgangssignal einer ersten Korrektur 249 und
das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 210 zugeleitet.
Die erste Korrektur 249 wird mit dem Ausgangssignal MLS ei
ner Luftmassenberechnung 264 beaufschlagt.
Dem zweiten Tiefpaß 254 wird über ein Schaltmittel 255 wahl
weise ein Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 256 bzw.
das Ausgangssignal des zweiten Tiefpasses 254 zugeleitet.
Dem Verknüpfungspunkt 256 wird zum einen das Ausgangssignal
ML der Kennlinie 205 und zum anderen eins Ausgangssignal ei
nes Verknüpfungspunktes 258 zugeleitet. Dem Verknüpfungs
punkt 258 wird das Ausgangssignal einer zweiten Korrektur
259 und das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 210 zuge
leitet. Die zweite Korrektur 259 wird mit dem Ausgangssignal
MLS der Luftmassenberechnung 264 beaufschlagt.
Das Ausgangssignal MLS der Luftmassenberechnung 264 gelangt
ferner zu dem zweiten Schalteingang des Schaltmittels 270.
Das Schaltmittel 270 wird von einer Fehlererkennung 272 an
gesteuert.
Der Luftmassenberechnung 264 werden das Ausgangssignal des
Drehzahlsensors 155, das Ausgangssignal PL des Ladelufttem
peratursensors 125a und das Ausgangssignal PL des Ladedruck
sensors 125b zugeleitet.
Das Schaltmittel 255 wird von einer ersten Logik 260 ange
steuert. Der ersten Logik 260 werden das Ausgangssignal N
des Drehzahlsensors, das Ausgangssignal ME der Mengensteue
rung 142, das Ladelufttemperatursignal TL und das Tastver
hältnis TV der Abgasrückführsteuerung 144 zugeleitet.
Das Schaltmittel 245 wird von einer zweiten Logik 262 ange
steuert. Der zweiten Logik 262 werden das Ausgangssignal TW
des Kühlwassertemperatursensors, das Ausgangssignal TV der
Abgasrückführsteuerung 144, das Drehzahlsignal N und das Si
gnal TL des Ladelufttemperatursensors 125a zugeleitet.
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung wird im folgenden an
hand der Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. In der Kennlinie
205 ist der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung UHFM
des Luftmassenmessers 127 und der Luftmasse ML abgespei
chert. Die in der Kennlinie 205 abgespeicherte Kennlinie und
die tatsächliche Kennlinie des Luftmassenmessers stimmen in
der Regel nicht völlig überein. Dabei tritt unter anderem
eine Offset-Spannung auf. Diese wird vorzugsweise bei still
stehender Brennkraftmaschine kompensiert. Hierzu wird das
Ausgangssignal des Luftmassenmessers 127 mit dem Ausgangs
signal U0 der Nullwertvorgabe 232 in dem Verknüpfungspunkt
230 verglichen. Diese Differenz U0K wird in der Offset-
Ermittlung 220 abgespeichert. Im normalen Betrieb wird das
Ausgangssignal UHFM des Luftmassenmessers 127 im Verknüp
fungspunkt 200 um diesen Wert U0K korrigiert.
Mit dem Schaltmittel 225 soll zum Ausdruck gebracht werden,
daß der erste Korrekturwert U0K bei stillstehender Brenn
kraftmaschine, d. h. wenn die Drehzahl N den Wert 0 annimmt
ermittelt wird. Mit dem Schaltmittel 215 soll zum Ausdruck
gebracht werden, daß der erste Korrekturwert U0K bei Dreh
zahlen größer Null zur Korrektur des Ausgangssignals des
Luftmassenmessers 127 verwendet wird. Dies bedeutet, die
Steuerung 235 steuert die Schaltmittel 215 und 225 abhängig
von der Drehzahl der Brennkraftmaschine an.
Dies bedeutet bei stehender Brennkraftmaschine wird die Dif
ferenz zwischen dem Ausgangssignal UHFM des Luftmasssenmes
sers 127 und dem erwarteten Wert U0 bei der Luftmasse Null
verglichen. Bei laufender Brennkraftmaschine wird das Aus
gangssignal UHFM des Luftmassenmessers um diese Differenz
U0K korrigiert.
Erfindungsgemäß wird bei stehender Brennkraftmaschine der
erste Korrekturwert U0K ermittelt, der zur Korrektur des
Offset-Fehlers des Luftmassenmessers 127 im laufenden Be
trieb verwendet wird. Zur Ermittlung des Korrekturwerts U0K
wird das Ausgangssignal UHFM des Luftmassenmessers 127 mit
dem Nullwert verglichen. Dieser Nullwert entspricht dem Wert
des Ausgangssignals des Luftmassenmessers, der bei der Luft
masse Null vorliegen sollte.
Die Ermittlung zweiter und dritter Korrekturwerte erfolgt in
Betriebszuständen, in denen ein thermisches Gleichgewicht
zwischen der Motortemperatur und der Lufttemperatur vor
liegt. Dies ist vorzugsweise beim Start der Brennkraftma
schine gegeben. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Signal
des Ladedruckfühlers 125b mit dem Signal eines Atmosphären
druckfühlers abgeglichen wird.
Das so korrigierte Spannungssignal des Luftmassenmessers
wird mit Hilfe der Kennlinie 205 in das Luftmassensignal ML
umgerechnet. Dieses Luftmassensignal ML wird im Verknüp
fungspunkt 210 mit dem Ausgangssignal K der Korrektur 240
korrigiert. Über das Schaltmittel 270 gelangt es dann zur
Abgasrückführsteuerung 144. Neben der Abgasrückführsteuerung
können auch andere Funktionen mit dem korrigierten Luft
massensignal MLK beaufschlagt werden.
Zur Ermittlung des Korrekturwerts K wird wie folgt vorgegan
gen. Der korrigierte Luftmassenstrom MLK wird mit einem aus
dem Ladedruck PL, der Ladelufttemperatur TL und der Drehzahl
N berechneten Wert verglichen. Ausgehend von diesem Ver
gleich wird dann der Korrekturwert K zur Korrektur des Aus
gangssignals ML der Kennlinie 205 vorgegeben. Die Berechnung
der Luftmasse aus dem Ladedruck PL, der Ladelufttemperatur
TL und der Drehzahl erfolgt vorzugsweise mittels der allge
meinen Gasgleichung.
Die Berechnung des Korrekturwerts K erfolgt in bestimmten
Betriebszuständen. Diese in bestimmten Betriebszuständen be
rechneten Korrekturwerte K werden dann in den übrigen Be
triebszuständen zur Korrektur verwendet. In bestimmten Be
triebszuständen wird die gemessene Luftmasse mit der berech
neten Luftmasse verglichen; ausgehend von diesem Vergleich
werden Korrekturwerte bestimmt, die im laufenden Betrieb zur
Korrektur des Luftmassensignals verwendet werden.
Die Ermittlung der zweiten und dritten Korrekturwerte er
folgt vorzugsweise im Leerlaufbetrieb und/oder in Betriebs
zuständen, in denen keine Abgasrückführung erfolgt.
Diese Auswahl der Betriebszustände ist durch die Schaltmit
tel 245 und 255 dargestellt. Die erste Logik 260 und die
zweite Logik 262 erkennen die Betriebszustände, in denen die
Korrekturwerte ermittelt werden und leiten dann die Diffe
renz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Luftmassen
signal über die Tiefpässe 244 bzw. 254 an die Korrektur 240
weiter.
Im Leerlaufbetrieb wird in dem Verknüpfungspunkt 248 die
Differenz zwischen dem gemessenen Wert MLK und dem berechne
ten Wert für die Luftmasse gebildet. Anschließend in dem
Verknüpfungspunkt 246 wird diese Differenz auf den Luft
massenwert ML normiert. Anschließend erfolgt eine Filterung
mittels des Tiefpasses 244. Dieser Tiefpaß hat eine sehr gro
ße Zeitkonstante, die sich in der Größenordnung von einigen
Minuten befindet. Somit ergibt sich für den Luftmassenbedarf
im Leerlauf ein vorzugsweiser multiplikativer Korrekturfak
tor KL, der bezogen auf den Luftmassenstrom ist.
Der zweite Korrekturwert KL wird im Leerlauf ermittelt. Wer
den die Bedingungen für den Leerlaufbetrieb nicht erfüllt,
d. h. das Schaltmittel 245 ist in seinem geöffneten Zustand,
bleibt der vorhandene Korrekturwert erhalten, d. h. der zwei
te Korrekturwert KL steht ständig am Ausgang des Tiefpasses
an bzw. wird in einem geeigneten Speichermittel abgespei
chert.
Die Ermittlung des zweiten Korrekturwerts im Leerlaufbetrieb
erfolgt, wenn die folgenden Bedingungen vorliegen. Der Un
terschied zwischen der Temperatur TW des Kühlwassers und der
Temperatur TL der angesaugten Luft ist kleiner als 10°. Es
erfolgt keine Abgasrückführung, dies bedeutet das Ventil 138
ist geschlossen. Die Drehzahl entspricht der Leerlaufdreh
zahl. Die Signale des Ladedruckfühlers 125b und eines Atmo
sphärendruckfühlers nehmen die gleichen Werte an.
Im Betrieb ohne Abgasrückführung, dies bedeutet, das Ventil
138 ist geschlossen, wird in den Verknüpfungspunkten 258 die
Differenz zwischen dem gemessenen Wert MLK und dem berechne
ten Wert für die Luftmasse gebildet. Anschließend in dem
Verknüpfungspunkt 256 wird diese Differenz auf den Luft
massenwert ML normiert. Anschließend erfolgt eine Filterung
mittels des Tiefpasses 254. Dieser Tiefpaß hat eine sehr gro
ße Zeitkonstante, die sich in der Größenordnung von einigen
Minuten befindet. Somit ergibt sich für den Luftmassenbedarf
in Zuständen ohne Abgasrückführung ein vorzugsweise additi
ver Korrekturfaktor KA, der bezogen auf den Luftmassenstrom
ist. Erfolgt eine Abgasrückführung, d. h. das Schaltmittel
255 ist in seinem geöffneten Zustand, bleibt der vorhandene
Korrekturwert erhalten, d. h. der dritte Korrekturwert KA
steht ständig am Ausgang des Tiefpasses an bzw. wird in ei
nem geeigneten Speichermittel abgespeichert.
Der dritte Korrekturwert KA wird mit abgeschalteter Abgas
rückführung ermittelt. Solche Betriebszustände liegen in der
Regel vor, wenn die Drehzahl N der Brennkraftmaschine größer
als ein erster Schwellenwert S1 und kleiner als ein zweiter
Schwellenwert S2 ist. Entsprechendes gilt für die einzu
spritzende Kraftstoffmasse ME.
Der dritte Korrekturwert KA wird ermittelt, wenn die folgen
den Bedingungen vorliegen. Die Abgasrückführung ist abge
schaltet, das bedeutet das Ventil 138 ist geschlossen. Die
Änderung der Ladelufttemperatur TL ist kleiner als ein
Grenzwert. Dies bedeutet, die Ladelufttemperatur TL ist nahe
zu konstant. Die Drehzahl N und ein die Last kennzeichnendes
Signal sind größer als ein erster Schwellwert und kleiner
als ein zweiter Schwellwert.
Vorzugsweise wird die korrigierte Luftmasse MLK mittels ei
ner abschnittsweisen linearen Interpolation berechnet. In
einem ersten Bereich der Luftmasse für Luftmassen, die klei
ner als ein Wert MLL sind, gilt die erste Formel.
MLK = (KL.ML.ML)/MLL
In einem zweiten Bereich der Luftmasse, die größer als ein
Wert MLL und kleiner als ein Wert MLA sind, gilt die zweite
Formel.
MLK = KL.MLL + (KA - KL)/(MLA - MLL).(ML - MLL)
In einem dritten Bereich der Luftmasse, die größer als ein
Wert MLA sind, gilt die dritte Formel.
MLK = KA.ML
Erkennt die Abschaltung 242 einen Fehler der Korrektur, wer
den die letzten gültigen Korrekturwerte abgespeichert und
die Berechnung der korrigierten Luftmasse erfolgt mit diesen
abgespeicherten Werten. Ein Fehler der Korrektur liegt vor,
wenn die Korrekturwerte eine unplausible Grenze überschrei
ten.
Die Adaption bzw. die Ermittlung der Korrekturwerte kann
verschiedene Zustände annehmen. Diese Zustände sind in der
Fig. 3 als Zustandsdiagramm dargestellt. Ein erster Zustand
310, der als Zustand "Zündung aus" bezeichnet ist, ist da
durch definiert, daß die Brennkraftmaschine ausgeschaltet
ist. D. h. der Zündschalter befindet sich in seiner ausge
schalteten Stellung.
Ein zweiter Zustand 320 wird als "Normalbetrieb" bezeichnet.
Dieser Zustand 320 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Luft
masse mit dem Luftmassenmesser 127 erfaßt und mittels des
Korrekturwerts K korrigiert wird. Desweiteren ist die Lern
funktion der Korrekturwerte aktiv, d. h. wird ein Betriebszu
stand erkannt, in dem die Korrekturwerte KL bzw. KA ermit
telt werden können, so wird dies durchgeführt und es werden
die neuen Korrekturwerten abgespeichert.
Ein dritter Zustand wird als "Offset-Spannung" bezeichnet.
Dieser Zustand ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung
eingeschaltet ist, die Brennkraftmaschine noch nicht oder
nicht mehr läuft. D. h. die Brennkraftmaschine wurde noch
nicht gestartet, dieser Zustand wird als Vorlauf bezeichnet,
bzw. die Brennkraftmaschine wurde vor kurzem abgeschaltet,
dieser Zustand wird als Steuergerätenachlauf bezeichnet. In
diesem Zustand nimmt die Drehzahl der Brennkraftmaschine den
Wert Null an. In diesem Zustand wird der erste Korrekturwert
U0K zur Kompensation der Offset-Spannung bestimmt.
Ein vierter Zustand 340 wird als "Notbetrieb" bezeichnet. In
diesem Zustand wurden fehlerhafte Korrekturwerte KL, KA bzw.
U0K ermittelt. Dieser Zustand entspricht weitestgehend dem
Normalbetrieb mit Ausnahme davon, daß die Lernfunktion nicht
aktiv ist, d. h. keine neuen Korrekturwerte abgespeichert und
verwendet werden. Dieser Notbetrieb liegt vor, wenn ein Feh
ler der Korrektur erkannt wurde. Ein solcher Fehler der Kor
rektur liegt vor, wenn der Wert U0K zur Korrektur der
Offset-Spannung größer als ein applizierbarer Grenzwert ist
und/oder einer der beiden Korrekturwerte KL bzw. KA größer
als ein Grenzwert ist.
Im Zustand "Zündung aus" werden bei vorhergehendem Betrieb
die Brennkraftmaschine die erkannten Korrekturwerte derart
abgespeichert, daß sie beim nächsten Start der Brennkraftma
schine zur Verfügung stehen. Die Abspeicherung erfolgt vor
zugsweise in einem EEPROM. Bei der Initialisierung z. B. im
Rahmen des Kundendienstes oder nach Neueinbau eines Steuer
gerätes werden die Korrekturwerte auf Null gesetzt.
Im zweiten Zustand "Normalbetrieb" wird die von dem Luft
massenmesser gemessene Spannung um den abgespeicherten Kor
rekturwert U0K für zur Kompensation der Offset-Spannung kor
rigiert, danach wird dieser korrigierte Wert mit dem Wert K
korrigiert. Werden verschiedene Betriebspunkte, in denen
die Leerlaufbedingung erfüllt ist oder in denen die Abgas
rückführung abgeschaltet ist, angefahren, werden die ent
sprechenden Korrekturwerte KL oder KA ermittelt. Überschrei
tet der Betrag der Korrekturwerte KL bzw. KA einen Grenz
wert, erkennt die Abschaltung 242 auf Fehler der Korrektur.
In dem dritten Zustand 330, der als Offset-Spannung bezeich
net wird, wird im Motorstillstand und eingeschalteter Zün
dung der Korrekturwert U0K durch Vergleich des Ausgangs
signals des Luftmassensensors mit dem Ausgangssignal der
Nullwertvorgabe 332 ermittelt. Die Differenz der beiden Wer
te wird abgespeichert, wenn nach der Messung weiterhin die
Drehzahl den Wert Null annimmt.
In dem Zustand 340 "Notbetrieb" wird die gemessene Spannung
des Luftmassenmessers mit den abgespeicherten Korrekturwer
ten U0K, bzw. K korrigiert. Die Korrekturwerte KL und KA
werden bei Erreichen der entsprechenden Betriebszustände er
mittelt. Liegen die beiden Korrekturwerte KL und KA und die
Spannungsdifferenz U0K in ihren zulässigen Wertebereich, er
kennt das System die Heilung des Fehlers der Korrektur.
Im folgenden sind die Übergänge zwischen den einzelnen Zu
ständen in Form verschiedener Flußdiagramme dargestellt.
In der Fig. 4a sind die Übergänge ausgehend von dem Zustand
310, der auch als "Zündung aus" bezeichnet ist, dargestellt.
Die Abfrage 400 überprüft, ob der Zündschalter sich in der
eingeschalteten Position befindet. Ist dies nicht der Fall,
wird weiterhin der Zustand 310 "Zündung aus" erkannt. Er
kennt die Abfrage 400, daß der Zündschalter eingeschaltet
ist, folgt die Abfrage 410. Die Abfrage 410 überprüft, ob
die Drehzahl den Wert Null annimmt. Ist dies der Fall, wird
in den Zustand 330 (Offset-Spannung) übergegangen. Erkennt
die Abfrage 410 dagegen, daß die Drehzahl ungleich Null ist,
so überprüft die Abfrage 420, ob ein Fehler bei der Kompen
sation aufgetreten ist, d. h. ob die Differenz der Offset-
Spannung und des zugehörigen Sollwertes größer als der vor
gegebene Schwellenwert ist und/oder ob einer der Korrektur
werte KL oder NA größer als eine vorgebbare Schwelle ist.
Wird ein solcher Fehler von der Abfrage 420 erkannt, erfolgt
der Übergang in den Zustand 340 (Notbetrieb). Erkennt die
Abfrage 420 keinen Fehler, so erfolgt der Übergang in den
Zustand 320 (Normalbetrieb).
Dies bedeutet, ist der Zündschalter in seiner eingeschalte
ten Position und nimmt die Drehzahl den Wert Null an, so
wird im Zustand 330 die Offset-Spannung bestimmt. Ist die
Zündung in ihrem eingeschalteten Zustand, die Drehzahl N
größer Null und liegt kein Fehler vor, werden bei Erreichen
der bestimmten Betriebszustände, die Korrekturwerte ermit
telt. Ist der Zündschalter in seiner eingeschalteten Position,
die Drehzahl größer Null und liegt ein Fehler bei der
Korrekturwertermittlung vor, werden die Korrekturwerte wohl
neu ermittelt, aber nicht abgespeichert, sondern zur Korrek
tur werden die letzten gültigen Korrekturwerte verwendet.
In Fig. 4b sind Übergänge ausgehend von dem Zustand 330, in
dem die Offset-Spannung ermittelt wird, dargestellt. Ausge
hend von dem Schritt 310, in dem die Offset-Spannung ermit
telt wird, folgt die Abfrage 440, in der überprüft wird, ob
der Korrekturwert U0K bereits ermittelt wurde. Ist dies
nicht der Fall, so verbleibt die Einrichtung im Zustand
Offset-Spannung ermitteln. Die Abfrage 440 erkennt, daß der
Offset erfaßt ist, wenn zum einen der Korrekturwert U0K er
mittelt ist und anschließend die Drehzahl noch den Wert Null
annimmt, bzw. sobald die Drehzahl einen Wert größer als Null
annimmt.
Erkennt die Abfrage 440, daß der Korrekturwert U0K erfaßt
ist, folgt die Abfrage 400, die überprüft, ob sich der Zünd
schalter in seiner eingeschalteten Position befindet. Ist
dies nicht der Fall, so wird auf den Zustand 310 (Zündung
aus) erkannt. Erkennt die Abfrage 400, daß der Zündschalter
in seiner eingeschalteten Position ist, erfolgt die Abfrage
420, die überprüft, ob ein Fehler bei der Korrekturwerter
mittlung vorliegt. Liegt kein Fehler vor, folgt der Übergang
in den Zustand 320 (Normalbetrieb). Liegt ein Fehler vor,
erfolgt ein Übergang in den Zustand 340 (Notbetrieb).
Ein Übergang in den Zustand 310 (Zündung aus) erfolgt, wenn
der Korrekturwert U0K erfaßt ist oder der Zündschalter sich
in seiner Außenposition befindet. Der Übergang in den Nor
malbetrieb 320 erfolgt, wenn der Korrekturwert U0K erfaßt,
der Zündschalter eingeschaltet und kein Fehler vorliegt. Der
Übergang in den Zustand 340 (Notbetrieb) erfolgt, wenn der
Korrekturwert U0K erfaßt, der Zündschalter eingeschaltet und
ein Fehler vorliegt.
In der Fig. 4c sind die Übergänge ausgehend von dem Zustand
320 (Normalbetrieb) dargestellt. Die erste Abfrage 420 über
prüft, ob ein Fehler bei der Korrekturwertermittlung vor
liegt. Ist dies der Fall, so erfolgt der Übergang in den Zu
stand 340 (Notbetrieb). Ist dies nicht der Fall, so über
prüft die Abfrage 400, ob der Zündschalter betätigt ist. Ist
dies der Fall, so verbleibt die Einrichtung im Zustand "Nor
malbetrieb". Ist der Zündschalter nicht mehr in seinem ein
geschalteten Zustand, so überprüft die Abfrage 430, ob sich
die Steuereinrichtung in ihrem Nachlauf befindet. Ist dies
nicht der Fall, so erfolgt der Übergang in den Zustand 310
"Zündung aus". Ist dies der Fall, so überprüft die Abfrage
410, ob die Drehzahl N gleich Null ist. Ist dies nicht der
Fall, so erfolgt erneut die Abfrage 430. Erkennt die Abfrage
410, daß die Drehzahl gleich Null ist, so erfolgt der Über
gang in den Schritt 330 (Offset-Spannung).
Der Übergang in den Zustand 310 (Zündung aus) erfolgt, wenn
der Zündschalter sich nicht mehr in seiner eingeschalteten
Position befindet und kein Steuergerätenachlauf vorliegt.
Bei dem Steuergerätenachlauf handelt es sich um einen beson
deren Zustand des Steuergeräts zur Steuerung einer Brenn
kraftmaschine, in dem der Zündschalter ausgeschaltet ist,
aber verschiedene Programmschritte noch abgearbeitet werden.
Hierbei werden üblicherweise verschiedene Werte abgespei
chert und/oder Prüfprogramme abgearbeitet.
Der Übergang in den Zustand 330 (Offset-Spannung) erfolgt,
wenn der Zündschalter nicht mehr betätigt ist, die Drehzahl
den Wert Null annimmt und sich das Steuergerät im Nachlauf
befindet. Der Übergang in den Zustand 340 (Notbetrieb) er
folgt, wenn ein Fehler bei der Korrekturwertermittlung er
kannt wird.
In Fig. 4d sind die Übergänge ausgehend von dem Zustand 340
(Notbetrieb) dargestellt. Eine erste Abfrage 400 überprüft,
ob der Zündschalter sich in seinem eingeschalteten Zustand
befindet. Ist dies der Fall, so überprüft die Abfrage 420,
ob weiterhin ein Fehler vorliegt. Ist dies der Fall, so
bleibt diese Einrichtung in dem Zustand 340 (Notbetrieb)
Erkennt die Abfrage 420, daß kein Fehler mehr vorliegt, so
erfolgt ein Übergang in den Zustand Normalbetrieb. Erkennt
die Abfrage 400, daß der Zündschalter sich nicht mehr in
seinem eingeschalteten Zustand befindet, so überprüft die
Abfrage 430, ob sich die Steuereinrichtung in ihrem Nachlauf
befindet. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt der Übergang
in den Zustand 310 (Zündung aus). Ist dies der Fall, so
überprüft die Abfrage 410, ob die Drehzahl den Wert Null an
nimmt. Erkennt die Abfrage 410, daß die Drehzahl den Wert
Null abnimmt, so erfolgt der Übergang in den Zustand 330
(Offset-Spannung ermitteln). Erkennt die Abfrage 410, daß
die Drehzahl nicht den Wert Null annimmt, so erfolgt erneut
die Abfrage 430.
Der Übergang in den Zustand 310 (Zündung aus) erfolgt, wenn
der Zündschalter nicht betätigt ist und kein Steuergerä
tenachlauf vorliegt. Der Übergang in den Zustand 330 Bestim
mung der Offset-Spannung erfolgt, wenn sich der Zündschalter
in seinem ausgeschalteten Zustand befindet, die Drehzahl den
Wert Null annimmt und sich das Steuergerät im Nachlauf be
findet. Der Übergang in den Zustand 320 (Normalbetrieb) er
folgt, wenn kein Fehler mehr vorliegt, d. h. Korrekturwerte
KL, KA und U0K wieder kleiner als vorgebbare Grenzwerte
sind.
Erfindungsgemäß wird der Luftmassensensor 127 dadurch abge
glichen, d. h. dessen Ausgangssignal korrigiert, daß das Aus
gangssignal mit einem Referenzwert verglichen wird. Dieser
Referenzwert wird mit anderen Sensoren erfaßt. Die Berech
nung und der Vergleich mit dem Referenzwert MLS erfolgt in
Betriebszuständen, in denen der Referenzwert einfach
und/oder mit hoher Genauigkeit aus wenigen meßbaren Größen
berechnet werden kann. Dabei werden verschieden Fälle unter
schieden.
Aufgrund von verschiedenen Effekten insbesondere durch Ver
unreinigungen weist die Kennlinie des Luftmassenmessers eine
Offset-Spannung auf, d. h. daß bei einer Luftmasse von Null
liegt an dem Ausgang des Sensors eine bestimmte Spannung an.
Diese Offset-Spannung wird insbesondere durch Verunreinigun
gen verursacht. Zur Korrektur dieser Offset-Spannung wird im
Motorstillstand, d. h. bei Drehzahl gleich Null, das Aus
gangssignal erfaßt und mit einem Nullmengenwert verglichen.
Ausgehend von diesem Vergleich wird der Korrekturwert U0K
zur Offset-Kompensation bestimmt.
Ein weiterer Zustand liegt vor, wenn sich die Brennkraftma
schine im Leerlaufbetrieb befindet. Bei abgeschalteter Ab
gasrückführung wird der von der Brennkraftmaschine angesaug
te Luftmassenstrom über die Messung des Ladedrucks PL und
der Ladelufttemperatur TL sowie der Motordrehzahl N berech
net. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise auf Grundlage der
allgemeinen Gasgleichung.
ML = K.(PL.N.V)/(2.R.TL)
Dabei handelt es sich bei der Größe R und V um Konstanten,
bei der Größe K um den Füllungsgrad für den betrachteten Be
triebspunkt.
Bei einem Ausfall des Luftmassensensors 127 kann der Refe
renzwert, der vorzugsweise aus der Ladelufttemperatur und
dem Ladedruck berechnet wird, als Ersatzgröße verwendet wer
den. Hierzu ist vorgesehen, daß die Fehlererkennung 272 ei
nen Fehler des Luftmassensensors 127 erkennt und den Schal
ter 270 derart schaltet, daß das Ausgangssignal der Luft
massenberechnung 264 unmittelbar zu dem Block 144 gelangt.
Dies bedeutet, bei Ausfall des Luftmassenmessers wird ein
Ersatzwert MLS der Luftmasse ML verwendet, der ausgehend von
dem Ladedruck PL, der Ladelufttemperatur TL und/oder der
Drehzahl berechnet wird. Als Ersatzwert für die Ladelufttem
peratur TL kann auch ein Temperatursensor verwendet werden,
der die Ansauglufttemperatur mißt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lufttemperatur TL ge
messen und anschließend betriebspunktabhängig korrigiert
wird. Entsprechendes gilt auch für den Ladedruck PL. Dieser
wird gemessen und betriebspunktabhängig korrigiert. Mit der
betriebspunktabhängigen Korrektur des Ladedrucks werden ins
besondere drehzahlabhängige Drosselwirkungen der Einlaßven
tile der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Die Korrektur
der Ladelufttemperatur erfolgt, um die Temperaturdifferenz
zwischen dem Meßpunkt im Ansaugtrakt und der mittleren Luft
temperatur im Zylinder bei Schließen der Einlaßventile zu
kompensieren. Diese Korrektur erfolgt vorzugsweise drehzahl-
und kraftstoffmassenabhängig.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 darge
stellt. Bereits beschriebene Elemente sind mit den entspre
chenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal TL des
Temperatursensors 125a gelangt über einen Verknüpfungspunkt
515 zur Luftmasseaberechnung 264. Am zweiten Eingang des
Verknüpfungspunktes 515 liegt das Ausgangssignal einer Tem
peraturkorrektur 510, der das Ausgangssignal N des Drehzahl
sensors 155 und das Kraftstoffmassensignal ME zugeführt
wird. Das Ausgangssignal TL des Drucksensors 125b gelangt
über einen Verknüpfungspunkt 505 zu der Luftmassenberechnung
264. Am Eingang des Verknüpfungspunktes 500b liegt das Aus
gangssignal der ersten Korrektur 500, der das Ausgangssignal
N des Drehzahlsensors 155 zugeleitet wird.
In den Verknüpfungspunkten 505 und 515 wird das Ausgangs
signal der Sensoren TL und PL abhängig von der Drehzahl bzw.
abhängig von der Drehzahl und der eingespritzten Kraftstoff
masse vorzugsweise additiv und/oder multiplikativ korri
giert.
Der so berechnete Wert für die Luftmasse ML wird vorzugswei
se zur Begrenzung der eingespritzten Kraftstoffmasse verwen
det. Dies bedeutet ausgehend von der Luftmasse ML wird eine
zulässige Kraftstoffmasse vorgegeben, die bei der Kraft
stoffzumessung nicht überschritten wird. Diese höchstzuläs
sige Kraftstoffmasse wird so vorgeben, daß keine oder nur
sehr geringe Rußemissionen auftreten.
Claims (10)
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei
mittels Sensoren wenigstens eine Temperaturgröße und eine
Druckgröße erfaßt werden, wobei ausgehend von wenigstens
der Temperaturgröße und der Druckgröße eine erste Größe
bestimmt wird, die die Luftmenge charakterisiert, die der
Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei mit einem weite
ren Sensor eine zweite Größe erfaßt wird, die die Luft
menge charakterisiert, die der Brennkraftmaschine zuge
führt wird, wobei mittels der ersten Größe die zweite
Größe adaptiert und/oder die erste Größe als Ersatzwert
für die zweite Größe verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in be
stimmten Betriebszuständen die zweite Größe, die der ge
messenen Luftmenge entspricht, mit der ersten Größe, die
der berechneten Luftmenge entspricht, verglichen wird und
daß ausgehend von diesem Vergleich Korrekturwerte be
stimmt werden, die im laufenden Betrieb zur Korrektur der
zweiten Größe verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei stehender Brennkraftmaschine ein
erster Korrekturwert (U0K) ermittelt, der zur Korrektur
eines Offset-Fehlers verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Ermittlung des ersten Korrekturwerts (U0K) die zweite
Größe mit einem Nullwert verglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
vorzugsweise im Leerlaufbetrieb und/oder in Betriebszu
ständen ohne Abgasrückführung zweite und/oder dritte Kor
rekturwerte ermittelt werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Korrekturwert (KL) im
Leerlaufbetrieb und/oder der dritte Korrekturwert (KA)
mit abgeschalteter Abgasrückführung ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Größe ausgehend von dem La
dedruck (PL) und/oder der Ladelufttemperatur (TL)
und/oder der Motordrehzahl (N) berechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Berechnung vorzugsweise mittels der allgemeinen Gas
gleichung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ladelufttemperatur (TL) und/oder der Lade
druck(PL) abhängig vom Betriebszustand korrigierbar sind.
10. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit
Sensoren, die wenigstens eine Temperaturgröße und eine
Druckgröße erfassen, mit ersten Mitteln, die ausgehend
von wenigstens der Temperaturgröße und der Druckgröße ei
ne erste Größe bestimmen, die die Luftmenge charakteri
siert, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, mit ei
nem weiteren Sensor, der eine zweite Größe erfaßt, die
die Luftmenge charakterisiert, die der Brennkraftmaschine
zugeführt wird, mit zweiten Mitteln, die mittels der er
sten Größe die zweite Größe adaptieren und/oder die die
erste Größe als Ersatzwert für die zweite Größe verwen
den.
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