DE19959660C1

DE19959660C1 - Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE19959660C1
Application number: DE19959660A
Authority: DE
Inventors: Michael Etzel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: DE50005783D1; EP1106813A3; EP1106813B1; EP1106813A2

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck vorgegeben. Der momentane Massenstrom wird durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt, bei dem eine von der Ansteuerzeit des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden mit der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom multipliziert wird. Die Geraden sind durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Steigungsfaktoren und durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Offsetwerte definiert. DOLLAR A In einer ersten Alternative wird die Schar von Geraden durch eine Geradengleichung, in einer zweiten Alternative wird die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise aus der US 5,216,995 ist eine Tankentlüftungsanlage bekannt, bei der der Massenstrom eines Brennstoffdampfes mit Hilfe eines Hitzdrahtsensors er mittelt wird, der zur Bestimmung des Spülvolumenstroms eines Brennstoffdampfes durch ein Tankentlüftungsventil herangezogen wird. Hierbei wird der Zusammen hang zwischen der maximalen Spülrate durch das Tankentlüftungsventil und einem Drosselklappenöffnungsgrad mit dem Saugrohrdruck als Kurvenparameter gezeigt. Darüber hinaus ist der momentane Durchfluss in Abhängigkeit des Ventilöffnungs grades angegeben. Diese Abhängigkeit ist linear. Die Offsetwerte sind abhängig von der Drosselklappenstellung.

Weiterhin zeigt die US 5,778,859 die Abhängigkeit der Spülmenge eines Gasgemi sches durch ein Tankentlüftungsventil vom Saugrohrunterdruck einer Brennkraftma schine. Zur Bestimmung der maximalen Spülrate werden auch Temperatur- und Tankinnendruckwerte herangezogen.

Darüber hinaus ist aus der DE 197 01 353 C1 ein Verfahren zur Tankentlüftung be kannt, bei dem ein Soll-Spülstrom unter Berücksichtigung eines maximalen Mas senstroms durch das Tankentlüftungsventil berechnet wird. Das Tastverhältnis wird in Abhängigkeit des Sollspülstroms, der Temperatur und dem Druckgefälle am Tankentlüftungsventil eingestellt.

Die DE 197 40 970 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eine Gasgemisches mittels eines elektronischen Steuergerätes ab hängig vom momentanen Saugrohrdruck und vom Ansteuersignal des Tankentlüf tungsventils (Taktverhältnis), wobei der Normmassenstrom für jedes Taktverhältnis aus einem Kennfeldspeicher vorgegeben wird.

In der DE 197 56 919 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Massenstroms über ein Abgasrückführungsventil beschrieben, wobei der momentane Massenstrom proportional zu einem maximalen Massenstrom berechnet wird.

Beispielsweise aus der DE 43 19 772 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungsanlage sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils bekannt. Das Ansteuersignal eines Tankentlüftungsventils ist vorzugsweise ein pulsweitenmoduliertes Signal, dessen Tastverhältnis und dessen Periodendauer bzw. Ansteuerfrequenz abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie z. B. der Drehzahl, variabel vorgebbar sind.

Verdunsteter Kraftstoff im Tank darf nicht unverbrannt an die Umgebung abgegeben werden. Daher wird das Gasgemisch aus Luft und verdunstetem Kraftstoff üblicherweise aus einem Aktivkohlespeicher durch das elektronisch ansteuerbare Tankentlüftungsventil in das Saugrohr und weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine geführt. Trotz dieser zusätzlichen Gasgemischzufuhr aus der Tankentlüftunganlage soll möglichst keine Abweichung vom aktuellen last- und drehzahlabhängigen optimalen Soll- Kraftstoff-Luft-Gemisch für den Verbrennungsprozeß in den Zylindern auftreten. Daher ist eine genaue Kenntnis des Massenstroms aus der Tankentlüftungsanlage erforderlich.

Hierzu existieren bereits Modelle in den Steuergeräten für gedrosselte Verbrennungsmotoren. Diese Modelle schätzen den Massenstrom abhängig vom Tastverhältnis des Ansteuersignals und vom Saugrohrunterdruck mit Hilfe von abgespeicherten Kennfeldern ab. Der Saugrohrunterdruck hängt von der Stellung der Drosselklappe bzw. vom Ausmaß der Drosselung ab. Die Genauigkeit dieser Modelle ist bei hohem Saugrohrunterdruck ausreichend. Bei niedrigem Saugrohrunterdruck, insbesondere bei ungedrosselter Brennkraftmaschine, sind die Modelle sehr ungenau. Die Modelle für gedrosselte Brennkraftmaschinen gehen von einer bekannten überkritischen Durchströmung des Tankentlüftungssystems bei verschiedenen Tastverhältnissen aus und rechnen für unterkritische Durchströmung den überkritischen Massenstrom über Hilfsgrößen, die im wesentlichen den Saugrohrunterdruck berücksichtigen, in einen unterkritischen Massenstrom um. Dabei entstehen für den unterkritischen Bereich Schätzungfehler von bis zu 100%. Diese Schätzungsfehler können im ungedrosselten Zustand einer Brennkraftmaschine und insbesondere für vollständig entdrosselte Brennkraftmaschinen nicht akzeptiert werden. Durch Entdrosselung einer Brennkraftmaschine kann eine generelle Verbrauchsreduzierung erzielt werden, deshalb werden solche Konzepte, wie z. B. VVT Systeme (Variabler Ventiltrieb), in Zukunft verstärkt verfolgt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine genauere Bestimmung des Massenstroms aus einer Tankentlüftungsanlage für unterkritische und überkritische Durchströmung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird ein im Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck vorgegeben. Der momentane Massenstrom wird durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt, bei dem eine von der Ansteuerzeit des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden mit der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom multipliziert wird. Die Geraden sind durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Steigungsfaktoren und durch vom Saugrohrunterdruck abhängige Offsetwerte definiert.

In einer ersten Alternative wird die Schar von Geraden durch eine Geradengleichung, in einer zweiten Alternative wird die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben.

Vorzugsweise wird der Massenstrom durch ff. Formel berechnet:

_ist = (a × T + b) × f × _max

wobei
a der Steigungsfaktor,
b der Offsetwert,
T die Ansteuerzeit,
(a × T + b) die Geradengleichung
f die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals,
_ist der zu bestimmende Ist-Massenstrom und
_max der maximale Massenstrom bei vollständig geöffnetem Ventil sind. Der Steigungsfaktor (a) sowie der Offsetwert (b) werden dabei beispielsweise jeweils durch eine vom Saugrohrunterdruck abhängige Kennlinie vorgegeben.

Durch das genannte Verfahren ist eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung des Tankentlüftungs-Massenstroms für alle, speziell auch für geringe Saugrohrunterdruckwerte, wie sie insbesondere bei entdrosselten Motorkonzepten auftreten, möglich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine von der Ansteuerzeit abhängige Schar von Geraden mit vom Saugrohrunterdruck abhängigen Steigungsfaktoren und Offsetwerten, und

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Algorithmus in Form eines Blockschaltbildes

Erfindungsgemäß wird abhängig vom Saugrohrunterdruck dps (vgl. Fig. 2) zunächst der maximale Massenstrom _max durch das Tankentlüftungssystem bei einem Tastverhältnis von 100% empirisch ermittelt und im Steuergerät abgespeichert. Der zu bestimmende momentane Massenstrom _ist wird auf diesen maximalen Massenstrom _max bezogen. Durch Multiplikation des Verhältnisses des momentanen Massenstroms _ist zum maximalen Massenstrom _max mit der Periodendauer (bzw. 1/Ansteuerfrequenz) wird ein von der Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals unabhängiger normierter Massenimpulswert

erzeugt. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird dieser Massenimpulswert

aufgetragen über der Ansteuerzeit T des Tankentlüftungsventils durch eine vom Saugrohrunterdruck dps abhängige Schar von Geraden (A, B) näherungsweise beschrieben. In Fig. 1 sind lediglich als Beispiel die beiden Geraden A (bei einem Saugrohrunterdruckwert dps2) und B (bei einem Saugrohrunterdruckwert dps1) dargestellt, wobei dps1 kleiner als dps2 ist. Abhängig von der Anforderung an die Genauigkeit kann jedoch eine Vielzahl von Geraden vorgegeben werden.

Der Massenimpulswert

kann mittels ff. Geradengleichung dargestellt werden:

Der jeweilige Offsetwert b (b_A, b_B) und der jeweilige Steigungsfaktor a (a_A, a_B) der Geraden (A, B) hängen vom Saugrohrunterdruck dps (dps1, dps2) als Parameter ab. Hierbei wird der Einfluß des Saugrohrunterdrucks auf das Zeitverhalten der Gassäule im Tankentlüftungssystem berücksichtigt. Durch Auflösung dieser Geradengleichung nach dem Massenstrom _ist erhält man im daraus resultierenden Modell den erfindungsgemäßen Algorithmus zur Bestimmung des mometanen Ist-Massenstroms _ist:

_ist = (a × T + b) × f × _max

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff Saugrohrunterdruck dps entweder der alleinige Saugrohrunterdruck oder auch der Differenzdruck zwischen dem Saugrohrunterdruck und dem Umgebungsdruck zu verstehen ist, der vorzugsweise mittels eines Drucksensors am Saugrohr gemessen wird.

In Fig. 2 ist der Saugrohrunterdruck bzw. der Differenzdruck dps Eingangssignal einer Massenstromkennlinie 1, einer Offsetkennlinie 2 und einer Steigungskennlinie 3. Die Kennlinien 1, 2, 3 werden empirisch ermittelt und im Steuergerät abgespeichert. Durch die Massenstromkennlinie 1 werden die bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximalen Massenströme _max abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck dps vorgegeben. Durch die Offsetkennlinie 2 werden die Offsetwerte b (b_A, b_B) abhängig vom Saugrohrunterdruck dps und durch die Steigungskennlinie 3 werden die Steigungsfaktoren a (a_A, a_B) abhängig vom Saugrohrunterdruck dps vorgegeben.

Das Tastverhältnis V und die Periodendauer 1/f des pulweitenmodulierten Ansteuersignals sind Eingangssignale einer Umrechnungseinheit 4. In der Umrechnungseinheit 4 wird die Ansteuerzeit T des hier nicht dargestellten Tankentlüftungsventils aus dem Tastverhältnis V und der Periodendauer 1/f bestimmt. Der jeweils vorgegebene Steigungsfaktor a wird an einer ersten Multiplizierstelle mit dieser Ansteuerdauer T des Tankentlüftungsventils multipliziert. Dieses Produkt wird anschließend an einer Summierstelle zum jeweiligen Offsetwert b addiert. Das Ausgangssignal der Summierstelle wird an einer Quotientenbildungsstelle durch die Periodendauer 1/f geteilt. Das Ausgangssignal der Quotientenbildungsstelle wird schließlich an einer zweiten Multiplizierstelle mit dem maximalen Massenstrom _max multipliziert. Das Ergebnis ist eine genaue Bestimmung des gesuchten Massenstroms _ist. Die Genauigkeit des Verfahrens kann durch eine hohe Anzahl der Stützstellen in den Kennlinien optimiert werden.

Neben der genauen Bestimmung des Massenstroms insbesondere auch bei niedrigen Saugrohrunterdruckwerten ist ein weiterer Vorteil dieses erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles der Verzicht auf mehrdimensionale Kennfelder.

Die Offsetkennlinie 2, die Steigungskennlinie 3, die Summierstelle und die erste Multiplizierstelle sind in Fig. 2 als Recheneinheit 5 zusammengefaßt. In einer hier nicht dargestellten Alternative kann erfindungsgemäß anstelle der Recheneinheit 5 auch ein die Schar der Geraden wiedergebendes Kennfeld verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist invertierbar, so daß der Algorithmus auch zur Regelung des Massenstromes verwendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms eines Gasgemisches, das von einer Tankentlüftungsanlage in den Brennraum einer Brenn kraftmaschine geführt wird, mittels eines elektronischen Steuergerätes abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck und abhängig vom Ansteuersignal des Tankentlüftungsventils, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Steuergerät abgespeicherter, bei vollständig geöffnetem Tankentlüftungsventil maximaler Massenstrom (_max) abhängig vom momentanen Saugrohrunterdruck (dps) vorgegeben wird und daß der momentane Massenstrom (_ist) durch einen Algorithmus im Steuergerät bestimmt wird, bei dem eine von der Ansteuerzeit (T) des Tankentlüftungsventils abhängige Schar von Geraden, die durch vom Saugrohrunterdruck (dps) abhängige Steigungsfaktoren (a) und durch vom Saugrohrunterdruck (dps) abhängige Offsetwerte (b) definiert sind, mit der Ansteuerfrequenz (f) des Ansteuersignals und mit dem maximalen Massenstrom (_max) multipliziert wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schar von Geraden durch die Geradengleichung (a × T + b) vorgegeben wird, wobei
a der Steigungsfaktor einer Gerade,
b der Offsetwert einer Gerade und
T die Ansteuerzeit des Ansteuersignals
sind, und daß der Steigungsfaktor (a) sowie der Offsetwert (b) jeweils durch eine vom Saugrohrunterdruck abhängige Kennlinie (2, 3) vorgegeben werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schar von Geraden durch ein Kennfeld vorgegeben wird.