DE3930396C2 - Verfahren zum einstellen von luft- und kraftstoffmengen fuer eine mehrzylindrige brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von Luft- und Kraftstoffmengen für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit möglichst individueller Einspritzung für jeden Zylinder und mit elektronisch angesteuertem Stellglied für den Luftsteller. Der Luftsteller ist auf dem maßgeblichen technischen Gebiet in der Regel als Drosselklappe ausgebildet, weswegen im folgenden der Anschaulichkeit halber dauernd von einer Drosselklappe statt von einem Luftsteller allgemein gesprochen wird. Es wird aber darauf hingewiesen, daß der Luftsteller beliebig ausgebildet sein kann.

Stand der Technik

Für möglichst individuelle Einspritzung für jeden Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt, nämlich das der Zentraleinspritzung und das der sequentiellen Einspritzung in jeweils einen Saugrohrabschnitt für jeden Zylinder. Bei der Zentraleinspritzung ist der Weg zwischen dem gemeinsamen Saugrohr und den einzelnen Zylindern relativ lang. Bei einem Viertakt-Vierzylinder-Motor mit der Ansaugtaktfolge 1, 3, 4, 2 wird z. B. die vom ersten Zylinder anzusaugende Kraftstoffmenge bereits während des Ansaugtaktes für den vierten Zylinder eingespritzt. Es folgt dann noch der gesamte Ansaugtakt für den zweiten Zylinder, bis schließlich der erste Zylinder die für ihn ins Saugrohr eingespritzte Kraftstoffmenge ansaugt. Durch Beginn und Länge der Einspritzimpulse können die Kraftstoffmengen den einzelnen Zylindern einigermaßen individuell zugeteilt werden. Ein solches Verfahren ist in DE 29 29 516 C2 beschrieben.

Eine ganz genaue individuelle Zumessung von Kraftstoffmengen zu einzelnen Zylindern ist mit sequentieller Einspritzung möglich. Hierbei ist jedem Zylinder ein Einspritzventil zugeordnet, das separat angesteuert wird.

Außer den Kraftstoffmengen müssen auch die Luftmengen eingestellt werden. Bei den am weitesten verbreiteten Verfahren erfolgt das Einstellen der Luftmenge dadurch, daß die Drosselklappe unmittelbar durch Betätigen des Fahrpedals verstellt wird. Bei moderneren Verfahren mit sogenanntem elektronischem Fahrpedal fehlt eine solche unmittelbare Kopplung; vielmehr wird das Fahrpedalsignal in ein Stellsignal für ein Stellglied für die Drosselklappe umgewandelt. Die Drosselklappe wird bei solchen Verfahren ebenfalls unmittelbar mit einem Betätigen des Fahrpedals verstellt, jedoch hängt das Ausmaß der Verstellung der Drosselklappe nicht nur vom Fahrpedalwinkel, sondern auch von den aktuellen Werten vorgegebener Betriebsparameter ab. Noch weitergehend ist in WO 88/06235 A1 vorgeschlagen wordem, zusätzlich einen Versatz zwischen dem Betätigen des Fahrpedals und dem Verstellen der Drosselklappe vorzusehen. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei einer Brennkraftmaschine mit Zentraleinspritzung zu ungünstigem Fahrverhalten führt, wenn während eines Ansaugtaktes die Drosselklappe verstellt wird. Ein Verstellen des Fahrpedals führt daher nicht unmittelbar zu einem Verstellen der Drosselklappe, sondern nach festgestellter Änderung der Fahrpedalstellung wird der Beginn des direkt nächsten Ansaugtaktes abgewartet, um dann mit diesem die Stellung der Drosselklappe auf den durch die Fahrpedalstellung unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsparameter vorgegebenen Wert zu stellen.

Ein anderes Verfahren, bei dem das Verstellen eines Luftstellers gegenüber dem Zeitpunkt des Auftretens einer Anforderung für mehr Kraftstoff verzögert wird, ist aus EP 02 81 152 A2 bekannt. Es handelt sich um ein Verfahren zum Zumessen zusätzlicher Kraftstoffmassen zum Betreiben von Zusatzaggregaten, z. B. einer Klimaanlage. Wenn die Klimaanlage eingeschaltet wird, muß mehr Luft und mehr Kraftstoff zugeführt werden, um einen Drehzahleinbruch im Leerlauf zu vermeiden. Es wird nun eine gegenüber dem Fall ohne Zusatzbelastung um einen festen vorgegebenen Wert erhöhte Kraftstoffmenge zunächst eingespritzt und erst danach wird das Leerlauf-Bypassventil ein Stück weiter geöffnet. Erst wenn durch diese Maßnahmen das abgebbare Drehmoment erhöht ist, wird die Kupplung für die Klimaanlage in Eingriff gebracht.

Alle bisher bekannten Verfahren zum Einstellen von Luft- und Kraftstoffmassen für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine führen zu nicht voll zufriedenstellendem Fahrverhalten bei Instationärübergängen. Es besteht daher das allgemeine Problem, derartige Verfahren so zu verbessern, daß das Fahr- und Schadgasverhalten besser wird.

Darstellung der Erfindung

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist entscheidend, daß beim Berechnen jedes Kraftstoffmassenwertes von derjenigen Luftmasse ausgegangen wird, die bei demjenigen Ansaugtakt, für den die Kraftstoffmasse berechnet wird, voraussichtlich unter Berücksichtigung der dann vorliegenden Stellung des Luftmassenstellers angesaugt wird. Darüber hinaus ist es von Vorteil, das Stellglied für den Luftsteller im wesentlichen in demjenigen Zeitpunkt mit einer stellungsändernden Spannung anzusteuern, der um die Stellertotzeit vor dem Zeitpunkt derjenigen Drosselklappenbewegung liegt, unter deren Berücksichtigung bereits eine Kraftstoffmasse berechnet wurde. Diese Lehre wird weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Der erfindungsgemäßen Lehre liegt die Erkenntnis zugrunde, daß alle bekannten Verfahren ohne Ausnahme daran leiden, daß davon ausgegangen wird, daß in der Zukunft anzusaugende Kraftstoffmassen mit den aktuellen Werten von Betriebsparametern, insbesondere mit dem aktuellen Saugrohrdruck, berechnet werden, statt auf Grundlage derjenigen Werte, die wahrscheinlich zu demjenigen Zeitpunkt vorliegen werden, zu dem der zuvor eingespritzte Kraftstoff angesaugt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich der Saugrohrdruck nach einer im wesentlichen sprunghaften Stellungsänderung der Drosselklappe nicht sprunghaft, sondern nach einer Übergangsfunktion, im wesentlichen einer Übergangsfunktion erster Ordnung, ändert, deren Zeitkonstante in der Regel betriebspunktabhängig ist. Wird diese Tatsache bei der Berechnung der zukünftig angesaugten Kraftstoffmasse berücksichtigt, ergibt sich ein erheblich verbessertes Fahr- und Schadgasverhalten. Es sei an dieser Stelle ein Vergleich zu dem aus der bereits genannten WO 88/06235 A1 bekannten Schrift gezogen. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Kraftstoffmasse unter Berücksichtigung des aktuellen Saugrohrdrucks bestimmt und die Drosselklappe wird mit Beginn des auf eine Pedalstellungsänderung folgenden Ansaugtaktes geändert. Diese Vorgehensweise führt gleich zu zwei Problemen. Das erste besteht darin, daß diejenige Kraftstoffmasse, die bei einem auf eine Pedalstellungsänderung folgenden Ansaugtakt angesaugt wird, bereits vor der Pedalstellungsänderung eingespritzt wurde. Es ist daher eine Kraftstoffmasse, die nicht zu der mit Beginn des neuen Ansaugtaktes neu eingestellten Drosselklappenstellung paßt. Das zweite Problem ist dasjenige, daß eine Kraftstoffmasse, die direkt nach einer Pedalstellungsänderung berechnet wurde, zwar bereits die neue Pedalstellung berücksichtigt, jedoch noch nicht den Saugrohrdruck, wie er vorhanden ist, wenn diese Kraftstoffmasse schließlich eingespritzt wird.

All diese Probleme bestehen beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht, da bei diesem jede in der Zukunft anzusaugende Kraftstoffmasse unter Berücksichtigung der dann voraussichtlich angesaugten Luftmasse berechnet wird und ein Verstellen der Drosselklappe nicht zugelassen wird, solange noch Kraftstoff abgespritzt und nicht angesaugt ist, der nicht unter Berücksichtigung der neuen Drosselklappenstellung berechnet wurde. Diese Voraussage läßt sich recht genau durchführen, da die Abweichung der Änderung des Saugrohrdrucks von einer Übergangsfunktion erster Ordnung nicht groß ist und andere Effekte keine große Rolle spielen oder ebenfalls leicht kompensiert werden können, wie insbesondere Auswirkungen des Wandfilmverhaltens.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Fahrpedalstellung auf herkömmliche Weise in eine Drosselklappenstellung umgerechnet werden und die Kraftstoffmasse kann in Anpassung an Betriebsparameter so geändert werden, daß sich ein im wesentlichen konstanter Lambdawert ergibt. Vorzugsweise wird jedoch so vorgegangen, daß durch die Fahrpedalstellung direkt die gewünschte Kraftstoffmasse vorgegeben ist. Es wird dann die Drosselklappenstellung unter Berücksichtigung jeweils aktueller Werte von Betriebsparametern so verstellt, daß ein vorgegebener Lambdawert im wesentlichen erhalten bleibt. In diesem Fall entspricht jeder Stellung des Fahrpedals ein bestimmtes Drehmoment, während sich beim vorgenannten Verfahren das Drehmoment mit der Drehzahl ändert. Beim bevorzugten Verfahren, bei dem das Drehmoment durch die Fahrpedalstellung festgelegt wird, ist es auf einfache Weise möglich, zusätzliche Forderungen in bezug auf Drehmomentvorgänge zu berücksichtigen. Wie bereits oben erläutert, erfordert z. B. das Zuschalten einer Klimaanlage im Leerlauf das Erhöhen des Drehmomentes. Andererseits kann z. B. eine Antriebsschlupfregelung ein Erniedern des Drehmomentes fordern. Diese verschiedenen Drehmomentwünsche lassen sich mit dem über das Fahrpedal vorgegebenen Fahrwunsch leicht logisch verknüpfen, da auch die Fahrpedalstellung einem Drehmomentwunsch entspricht.

Zeichnung

Fig. 1 Blockdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen von zukünftig anzusaugenden Kraftstoffmassen, bei Vorgabe des gewünschten Drosselklappenwinkels;

Fig. 2 Blockschaltbild entsprechend dem von Fig. 1, jedoch mit Vorgabe der gewünschten Kraftstoffmasse;

Fig. 3 Blockschaltbild eines Teilverfahrens, bei dem beim Berechnen zukünftig anzusaugender Kraftstoffmassen das Wandfilmverhalten mitberücksichtigt wird;

Fig. 4 Blockdiagramm eines Teilverfahrens, gemäß dem zum Berechnen zukünftiger angesaugter Kraftstoffmassen Luftdichteänderungen adaptiert werden; und

Fig. 5 Blockdiagramm eines Teilverfahrens, gemäß dem in den Berechnungsvorgang für zukünftig anzusaugende Kraftstoffmengen eine Lambdaregelung einbezogen ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Beim Verfahrensablauf gemäß Fig. 1 wird durch ein Fahrpedalpotentiometer 10 eine Spannung gebildet, die ein Maß für den Fahrpedalwinkel β ist. Mit dem Fahrpedalwinkelsignal wird ein Drosselklappenwinkelkennfeld 11 angesteuert. Aus diesem sind adressierbar über Werte des Fahrpedalwinkels und außerdem der Drehzahl n einer Brennkraftmaschine 12 Drosselklappenwinkel α (β,n) auslesbar. Das Signal für den Drosselklappenwinkel bestimmt zum einen die Spannung, mit der ein Drosselklappenstellglied 13 anzusteuern ist, um den gewünschten Drosselklappenwinkel α zu erzielen, zum anderen aber auch die Einspritzzeit TI.

Zum Bestimmen der Einspritzzeit TI ausgehend vom Drosselklappenwinkel α wird zunächst ein Kennfeldwert TI_KF aus einem Kennfeld ausgelesen, das über Werte des Drosselklappenwinkels und der Drehzahl n adressierbar ist. Nach diesem Auslesen des Kennfeldwertes TI_KF folgt derjenige Verfahrensschritt, der gegenüber bisher üblichen Verfahren die entscheidende Verbesserung bringt. Es wird nämlich der zu einem Drosselklappenwinkel α und der gerade vorliegenden Drehzahl n aus dem Einspritzzeitkennfeld 14 ausgelesene Einspritzzeitwert nicht unmittelbar verwendet, sondern er wird in einem Filterungsschritt 15 einer Übergangsfunktion erster Ordnung unterzogen, die eine Zeitkonstante τ aufweist, die von der Drosselklappenstellung und der Drehzahl abhängt. Mit jedem Zeitpunkt, zu dem eine Änderung im Drosselklappenwinkel oder der der Drehzahl eingegeben wird, wird der bis dahin erzielte Einspritzzeitwert TI ermittelt und der Übergangsfunktion mit der aktuellen Zeitkonstanten τ (α,n) unterworfen, die u. U. noch vom Vorzeichen der Drosselklappenänderung abhängt. Die von diesem Filterungsschritt 15 ausgegebene Einspritzzeit TI ist diejenige, mit der ein Einspritzventil tatsächlich angesteuert wird.

Dem Vorgehen, daß die aus dem Einspritzzeitkennfeld 14 ausgelesene Kennfeldeinspritzzeit TI_KF einer Übergangsfunktion erster Ordnung unterworden wird, liegt folgende Beobachtung zugrunde. Wird die Drosselklappe zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einen vom Drosselklappenwinkelkennfeld 11 ausgegebenen Drosselklappenwinkel α gestellt, der größer ist als der zuvor vorhandene Drosselklappenwinkel, führt dies nicht zu einem schlagartigen Ansteigen des Saugdruckes, sondern zu einem Anwachsen des Saugdruckes mit einem Zeitverhalten, das recht genau demjenigen einer Übergangsfunktion erster Ordnung entspricht. Aus dem Einspritzzeitkennfeld 14 wird eine Kennfeldeinspritzzeit TI_KF ausgelesen, die für einen stationären Zustand mit dem Drosselklappenwinkel α und der Drehzahl n gilt. Wegen des Übergangsverhaltens erster Ordnung ist es erforderlich, daß für den unmittelbar auf die Drosselklappenwinkelerhöhung folgenden Ansaugtakt nur wenig mehr Kraftstoff eingespritzt wird, als dies ohne die Drosselklappenwinkelerhöhung der Fall gewesen wäre. Dies, weil bei diesem unmittelbar auf die Drosselklappenwinkelerhöhung folgenden Ansaugtakt der Saugrohrdruck noch kann angewachsen ist. Von Ansaugtakt zu Ansaugtakt steigt jedoch der Saugrohrdruck entsprechend der Übergangsfunktion erster Ordnung an, weswegen auch die Kraftstoffmenge für einen Ansaugtakt nach dem anderen erhöht werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß nach einer Stellungsänderung der Drosselklappe die prozentuale Drehzahländerung während eines Ansaugtaktes nur sehr klein ist. Es führt daher in der Praxis zu keinem erheblichen Fehler, wenn für die Berechnung einer in einem Ansaugtakt angesaugten Luftmasse, und damit der zugehörigen Einspritzzeit TI, von einer während des Ansaugtaktes konstanten Drehzahl ausgegangen wird.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, hängt die einzuspritzende Kraftstoffmenge vom Saugrohrdruck zum Zeitpunkt desjenigen Ansaugtaktes ab, für den die Kraftstoffmenge berechnet wird. Der Saugrohrdruck seinerseits hängt vom Drosselklappenwinkel, der Drehzahl und, was entscheidend ist, vom Änderungszeitpunkt der Drosselklappenstellung ab. Dies bedeutet aber, daß die Drosselklappe nicht verstellt werden darf, bevor nicht Kraftstoffmengen für die neue Drosselklappenstellung berechnet wurden. Dies sei an einem Beispiel veranschaulicht.

Es sei von einem Vierzylinder-Viertakt-Motor ausgegangen, und bei diesem sei der Zylinder 1 betrachtet. In jedem vierten Ansaugtakt saugt Zylinder 1 an. Mit dem Einspritzen von Kraftstoff in den diesem Zylinder zugeordneten Saugrohrabschnitt wird jedoch, dies sei hier angenommen, bereits drei Ansaugtakte vor dem Ansaugtakt dieses Zylinders begonnen. Es werde nun gerade drei Ansaugtakte vor dem Ansaugtakt für Zylinder 1 der Fahrpedalwinkel β vergrößert. In diesem Moment ist bereits mit dem Abspritzen von Kraftstoff für Zylinder 1 begonnen worden. Die einzuspritzende Kraftstoffmasse wurde noch unter Berücksichtigung des alten Fahrpedalwinkels berechnet, genauer gesagt, unter Berücksichtigung des dem alten Pedalwinkel zugeordneten Drosselklappenwinkels und damit der diesem Winkel zugeordneten Luftmasse pro Hub. Auch sind zu diesem Zeitpunkt die Kraftstoffeinspritzvorgänge für andere Zylinder, die noch nicht angesaugt haben, im Gange oder bereits abgeschlossen. Würde nun mit dem Erhöhen des Fahrpedalwinkels β sofort der Drosselklappenwinkel α auf den aus dem Drosselklappenwinkelkennfeld 11 ausgelesenen Wert erhöht werden, käme es in allen Zylindern, für die bereits Kraftstoff ausgehend von den alten Luftflußbedingungen eingespritzt wurde, zu Ausmagerung. Mit dem Verstellen der Drosselklappe wird daher gewartet, bis eine Kraftstoffmenge zum Ansaugen ansteht, die bereits unter Berücksichtigung des neuen Drosselklappenwinkels berechnet wurde. Im Beispiel wurde davon ausgegangen, daß zum Zeitpunkt des Veränderns des Pedalwinkels gerade Kraftstoff für den Zylinder 1 eingespritzt wird. Nach Zylinder 1 sauge Zylinder 3 an. Die Kraftstoffmenge für Zylinder 3 kann bereits unter Berücksichtigung der neuen Drosselklappenstellung berechnet werden, die jedoch noch nicht eingestellt ist. Diese Kraftstoffmenge wird auch sogleich eingespritzt. Sind dann drei Ansaugtakte ab der Veränderung der Fahrpedalstellung vergangen, wird die Drosselklappenstellung an die neue Fahrpedalstellung angepaßt und Zylinder 3 saugt nun als erster Zylinder Kraftstoff bei der neuen Drosselklappenstellung an, und zwar mit einer Menge, die erstmals für diese neue Stellung berechnet wurde. Beim Berechnen der Kraftstoffmenge ist berücksichtigt, daß erst zu Beginn des nun betrachteten Ansaugtaktes die Drosselklappe auf ihren neuen Wert geöffnet wird, daß also der Saugrohrdruck noch nicht den Endwert für stationären Zustand bei der neuen Drosselklappenstellung hat.

Der eben besprochene Versatz zwischen dem Zeitpunkt des Verstellens des Fahrpedals und dem Zeitpunkt des Verstellens der Drosselklappe wird in einem Versatzschritt 16 berechnet. Die Versatzzeit TV hängt insbesondere davon ab, wie lange vor einem bestimmten Ansaugtakt bereits für diesen Ansaugtakt Kraftstoff eingespritzt wird. Beim vorstehend gegebenen Beispiel ist es die Zeit von drei Ansaugtakten. Erst zu Beginn des sechsten Taktes darf die Drosselklappe an die geänderte Fahrpedalstellung angepaßt werden. Würde das Drosselklappenstellglied 13 über keine Totzeit verfügen, würde es idealerweise jeweils bei einer solchen Winkelmarke angesteuert werden, bei der ein Einlaßventil öffnet. Da das Drosselklappenstellglied 13 jedoch mit einer Totzeit von einigen Millisekunden behaftet ist, muß es um die entsprechende Zeit vor einer Winkelmarke der genannten Art angesteuert werden, damit der Beginn einer neuen Drosselklappenbewegung tatsächlich mit dem Beginn eines Ansaugtaktes übereinstimmt.

Vorstehend ist angenommen, daß jeder Beginn eines Ansaugtaktes genau an das Ende des vorigen Ansaugtaktes anschließt. Überlappen sich Ansaugtakte, wird die Drosselklappe im jeweiligen Bereich zwischen Anfang und Ende zweier benachbarter Ansaugtakte vorzugsweise näher am Anfang des folgenden Taktes, u. U. genau am Anfang des folgenden Taktes, geöffnet. Das Ansteuern des Stellgliedes erfolgt um die Totzeit vorher. Wie bereits erläutert, soll jedoch ein Verstellen der Drosselklappe nicht vor demjenigen Zeitpunkt erfolgen, zu dem die erste nach einer Änderung der Fahrpedalstellung berechnete Kraftstoffmasse angesaugt wird.

Die im obigen Beispiel genannte Versatzzeitspanne von drei Ansaugtakten ist von den Zeitspannen, die in der Praxis verwendet werden, eine relativ lange Zeitspanne. Sie garantiert, daß auch bei höchster Drehzahl und höchster Last noch aller Kraftstoff innerhalb einer Zykluszeitspanne abgespritzt werden kann. Im Grenzfall kann die Versatzzeitspanne bis auf den Wert Null herabgehen, wenn nämlich bei sequentieller Einspritzung erst zugleich mit dem Öffnen eines zu einem Einspritzventil zugehörigen Einlaßventils eingespritzt wird und/oder Drehzahl und Last niedrig sind. Hier kommt es nur in Sonderfällen zu einem Versatz, nämlich dann, wenn das Fahrpedal ganz kurz vor Beginn eines Ansaugtaktes verstellt wird, und zwar um eine Zeitspanne, die kürzer ist als die Totzeit des Stellgliedes. Es könnte dann zwar unter Umständen die Kraftstoffmenge bereits für eine neue Drosselklappenstellung berechnet werden, jedoch kann diese wegen der Totzeit nicht mehr eingestellt werden. Es wird dann die Drosselklappe noch in ihrer alten Stellung belassen und die für die alten Bedingungen berechnete Kraftstoffmasse wird abgespritzt. Um die Stellertotzeit vor Beginn des nächsten Ansaugtaktes wird dann aber das Stellglied angesteuert und die Kraftstoffmasse für den nächsten Ansaugtakt wird unter Berücksichtigung des sich bei der neuen Drosselklappenstellung einstellenden Saugrohrdrucks berechnet.

Es wird darauf hingewiesen, daß eine Drosselklappe nicht schlagartig ihre Stellung ändert, wenn das zugehörige Drosselklappenstellglied mit einer stellungsverändernden Spannung angesteuert wird. Soll der durch dieses Verhalten bedingte Fehler vermieden werden, wird die Zeitkonstante τ (α,n) im Filterungsschritt 15 unter Berücksichtigung des zu einem jeweiligen Zeitpunkt tatsächlich vorliegenden Drosselklappenwinkels bestimmt statt ausgehend von dem gewünschten Drosselklappenwinkel. Zum Berechnen des tatsächlichen Drosselklappenwinkels kann als Modell z. B. ein Verzögerungsglied erster Ordnung oder eine Rampe mit Begrenzung herangezogen werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von allen bisher im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht nur durch den Filterungsschritt 15, der auch hier verwendet wird, sondern auch dadurch, daß aus dem Fahrpedalwinkel β nicht ein Drosselklappenwinkel α berechnet wird, sondern daß unmittelbar die gewünschte Kraftstoffmenge vorgegeben wird. Diese Maßnahme ist auch ohne den Filterungsschritt 15 anwendbar. Das Vorgeben der Kraftstoffmenge entspricht dem Vorgeben eines Drehmomentes. Zu jeder Fahrpedalstellung gehört somit im wesentlichen ein bestimmtes Drehmoment. Wird dagegen durch die Fahrpedalstellung der Drosselklappenwinkel festgelegt, wird mit steigender Drehzahl immer mehr Kraftstoff eingespritzt, wodurch das Drehmoment zunimmt. Ein Beispiel dafür, wie der Drehmomentwunsch realisierbar ist, gibt Fig. 2.

Beim Verfahren gemäß Fig. 2 wird das Ausgangssignal vom Fahrpedalpotentiometer 10 an eine Kennlinientabelle 17 gegeben, die einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Pedalwinkel und einer Einspritzzeit-Verhältnisgröße TI/TI_MAX herstellt. Die Verhältnisgröße gibt an, wieviel Prozent der bei den vorliegenden Betriebsbedingungen maximal möglichen Kraftstoffmenge gewünscht sind. Die Kennlinie ist nichtlinear, mit zunehmender Steigung zu größeren Pedalwinkeln hin, um das Anfahrverhalten eines Fahrzeugs zu verbessern.

Die von der Kennlinientabelle 17 ausgegebene Verhältniszahl wird in einem logischen Verknüpfungsschritt 18 mit Drehmomentvorgaben verknüpft, wie sie von Sonderfunktionen her eingegeben werden. Es sei zunächst angenommen, daß die von der Kennlinientabelle 17 ausgegebene Verhältniszahl den logischen Verknüpfungsschritt 18 unverändert durchläuft. Zum Einstellen der Drosselklappe entsprechend der Verhältniszahl wird diese zunächst an ein modifiziertes Drosselklappenkennfeld 11·m gegeben, aus dem abhängig von Werten der Drehzahl n und der Verhältniszahl ein Drosselklappensollwinkel α ausgelesen wird. Die diesem Sollwinkel zugeordnete Ansteuerspannung für das Drosselklappenstellglied 13 wird diesem wieder nicht unmittelbar, sondern über den Versatzschritt 16 zugeführt. Dessen Funktion ist mit der oben beschriebenen Funktion identisch, weswegen hier auf das Einstellen der Drosselklappe nicht mehr näher eingegangen wird.

Aus der Einspritzzeit-Verhältniszahl TI/TI_MAX wird eine durch das Fahrpedal vorgegebene Einspritzzeit TI_FP dadurch gewonnen, daß die Verhältniszahl in einem Multiplikationsschritt 19 mit einer Einspritzzeit TI_MAX multipliziert wird, die derjenigen Einspritzzeit entspricht, die bei der vorliegenden Drehzahl n das höchste Drehmoment ergibt. Zum Berechnen von TI_MAX ist unterstellt, daß die Brennkraftmaschine 12 bei einer ganz bestimmten Drehzahl n_0 maximale Füllung aufweist und dabei ihr maximales Drehmoment abgibt und daß dabei Kraftstoff unter Einhalten der Einspritzzeit TI_MAX_0 eingespritzt wird. Für alle anderen Drehzahlen ist die Luftfüllung geringer. Es wird daher aus einer Drehmomentkennlinientabelle 20 ein Füllungskorrekturfaktor FK ausgelesen, der bei der Drehzahl n_0 den Wert Eins aufweist. Zu höheren und auch zu kleineren Drehzahlen hin nimmt die Füllung ab, weswegen der Füllungskorrekturfaktor FK auf Werte kleiner Eins fällt. Mit diesem Füllungskorrekturfaktor FK wird in einem multiplikativen Füllungskorrekturschritt 21 der Wert

TI_MAX_0 zu TI_MAX = TI_MAX_0 × FK

korrigiert. Aus dieser für eine jeweilige Drehzahl n geltenden maximalen Einspritzzeit TI_MAX wird, wie erwähnt, durch multiplikative Verknüpfung mit der Verhältniszahl aus der Kennlinientabelle 17 die der Fahrpedalstellung zugeordnete Einspritzzeit TI_FP berechnet. Diese vorgegebene Einspritzzeit wird dem oben ausführlich erläuterten Filterungsschritt 15 unterzogen, wodurch die tatsächliche Einspritzzeit TI gewonnen wird.

Abschließend zur Besprechung von Fig. 2 sei die Aufgabe des logischen Verknüpfungsschrittes 18 näher erläuert. Diesem logischen Verknüpfungsschritt 18 werden Verhältniszahlen TI/TI_MAX von Sonderfunktionen her zugeleitet. Wird z. B. im Leerlauf die Klimaanlage eingeschaltet, bedeutet dies erhöhten Drehmomentbedarf. Die Leerlauffüllungsregelung gibt entsprechend einen relativ hohen Wert für die gewünschte Verhältniszahl TI/TI_MAX aus. Diese Verhältniszahl von der Leerlauffüllungsregelung her wird dann im logischen Verknüpfungsschritt 18 im Sinne einer Höchstwertauswahl ausgewählt. Wird dagegen z. B. von einer Antriebsschlupfregelung her eine niedrige Verhältniszahl TI/TI_MAX eingegeben, um durch Bereitstellen eines geringen Drehmomentes ein Durchdrehen der Antriebsräder zu verhindern, wird dieser Wert im Sinne einer Tiefstwertauswahl vom logischen Verknüpfungsschritt 18 durchgelassen. Gelangen an den logischen Verknüpfungsschritt 18 mehrere Verhältniszahlvorgaben, läßt er nur eine Verhältniszahl im Sinne einer Prioritätsauswahl durch.

Beim Stand der Technik, bei dem aus einer Fahrpedalstellung eine Drosselklappenstellung statt einer drehmomentanzeigenden Größe abgeleitet wurde, war das Verknüpfen mit Sonderfunktionen, die Drehmomentwünsche anzeigen, relativ schwierig. Es konnte nämlich nicht in eine ohnehin das Drehmoment beeinflussenden Signalverarbeitungsweg eingegriffen werden.

Im vorstehenden wurde mehrfach auf die Bedeutung des Filterungsschrittes 15 hingewiesen, d. h. auf die Wichtigkeit des Berechnens einer zukünftig angesaugten Kraftstoffmasse unter Berücksichtigung der für die Zukunft erwarteten Bedingungen. Bei den Verfahren gemäß den Fig. 1 und 2 wurde als in der Zukunft liegende Bedingung lediglich der Saugrohrdruck in seiner Eigenschaft als Maß für die Zylinderfüllung (Luftmasse pro Hub) berücksichtigt. Es ist jedoch so, daß der Saugrohrdruck nicht nur Einfluß auf die ansaugbare Luftmasse nimmt, sondern daß er auch das Verhalten des Kraftstoff-Wandfilms bestimmt. Steigen der Druck und der Kraftstoffmassenstrom an, geht ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs in den Wandfilm, während umgekehrt Kraftstoff aus dem Wandfilm freigesetzt wird, wenn der Saugdruck abfällt. Entsprechend muß die eingespritzte Kraftstoffmasse korrigiert werden, um mit einer angesaugten Luftmasse tatsächlich diejenige Kraftstoffmasse anzusaugen, die zum Einstellen eines bestimmten Lambdawertes erforderlich ist.

In Fig. 3 ist von den Blockbildern gemäß den Fig. 1 und 2 nur derjenige Teil zwischen dem Filterungsschritt 15 und der Ausgabe der Einspritzzeit TI an die Brennkraftmaschine 12 eingezeichnet. Dem Filterungsschritt 15 wird eine Eingangseinspritzzeit TI_EIN zugeführt, sei dies nun die Kennfeldeinspritzzeit TI_KF gemäß Fig. 1 oder die Fahrpedalwunsch-Einspritzzeit TI_FP gemäß Fig. 2. Der Filterungsschritt 15 gibt eine Ausgangs-Einspritzzeit TI_AUS ab, die noch nicht unmittelbar der Einspritzzeit TI entspricht, mit der ein Einspritzventil in der Brennkraftmaschine 12 angesteuert wird. Vielmehr wird die Ausgangseinspritzzeit TI-AUS in einem Wandfilmkorrekturschritt 20 mit einer Wandfilmkorrekturgröße K_WF additiv verknüpft, wodurch erst die tatsächliche Einspritzzeit TI gebildet ist. Die Wandfilmkorrekturgröße K_WF setzt sich aus zwei Anteilen additiv zusammen, nämlich einer thermischen Korrekturgröße K_ϑ und einer Druckkorrekturgröße K_P. Der jeweils aktuelle Wert für die thermische Korrekturgröße wird in einem Temperatureffekt-Korrekturschritt 21 berechnet, während der Wert für die Druckkorrekturgröße in einem Druckeffekt-Korrekturschritt 22 berechnet wird. In beiden Korrekturschritten werden die Werte der Korrekturgrößen auf Grundlage einer abklingenden Funktion berechnet, wobei die Zeitkonstante für den Temperatureffekt langsamer ist als diejenige für den Druckeffekt. Mit jeder Änderung der Eingangsgröße zu den Korrekturschritten wird das abklingende Verhalten neu berechnet.

Bei Fig. 4 handelt es sich ebenso wie bei Fig. 3 um eine Darstellung zum Erläutern eines Korrekturverfahrens, das sowohl beim Verfahren gemäß Fig. 1 wie auch bei dem gemäß Fig. 2 anwendbar ist. Auch sind die Verfahren gemäß den Fig. 3 und 4 gemeinsam nutzbar. Das Verfahren gemäß Fig. 4 dient zum Berücksichtigen von Änderungen in der angesaugten Luftmasse gegenüber demjenigen Wert, der bei Kalibrierungsbedingungen gilt. Aus der Drehzahl n und der Einspritzzeit TI wird in einem Kraftstofffluß-Bestimmungsschritt 23 der Kraftstofffluß K berechnet. Der erhaltene Wert wird in einem Solluftfluß-Bestimmungsschritt 24 mit dem vorgegebenen Lambdawert multipliziert. Es ist dann bekannt, welcher Luftmassenfluß vorliegen müßte, um bei dem durch die Einspritzungen eingestellten Kraftstofffluß den vorgegebenen Lambdawert zu erzielen. Der jeweils aktuelle Wert für den Solluftfluß L_SOLL wird in einem Luftfluß-Vergleichsschritt 25 vom jeweils aktuellen Wert des Istluftflusses L_IST abgezogen, wie er von einem Luftmassenmesser ausgegeben wird. Der Differenzwert wird in einem Integrationsschritt 26 weiterverarbeitet, in dem um den Wert Eins herum integriert wird. Der Integrationswert ist der jeweils aktuelle Wert für eine Luftmassenkorrekturgröße K_ L, mit der der anhand von Fig. 3 erläuterte Eingangswert für die Einspritzzeit TI_EINS in einem Luftmassenkorrekturschritt 27 multiplikativ verknüpft wird. Stimmen die Soll- und Ist-Luftflüsse dauernd miteinander überein, hat die multiplikative Luftmassenkorrekturgröße den Wert Eins. Fährt nun das Fahrzeug, an dem das Verfahren ausgeübt wird, in eine größere Höhe, als sie derjenigen entspricht, für die die verschiedenen angewandten Kennfelder und Kennlinien bestimmt wurden, stimmt für eine bestimmte Drehzahl von Drosselklappenstellungen die angesaugte Luftmasse nicht mehr mit der erwarteten Luftmasse überein. Es ergibt sich eine negative Differenz der Luftmassen, weswegen im Integrationsschritt 26 zu kleineren Werten hin integriert wird. Dies führt zu verringerter Einspritzzeit TI in Anpassung an einen Luftmassenfluß, der gegenüber demjenigen Luftmassenfluß verringert ist, wie er für den Kalibrierungsluftdruck erwartet wird.

Das Verfahren gemäß Fig. 5 ist dem von Fig. 4 ähnlich, mit einem Integrationsschritt 26 und einem Luftmassen-Korrekturschritt 27. Im Integrationsschritt 26 wird jedoch nicht ein Luftfluß-Differenzsignal, sondern ein Lambdawert-Differenzsignal verarbeitet. Im Abgas der Brennkraftmaschine 12 wird ein Ist-Lambdawert LAMBDA_IST gemessen. Von diesem Wert wird in einem Lambdawert-Vergleichsschritt 28 der Soll-Lambdawert LAMBDA_SOLL abgezogen. Wenn die Differenz von Null abweicht, wird der Integrationsschritt 26 ausgeführt, entsprechend wie beim Verfahren gemäß Fig. 4.

Es wird darauf hingewiesen, daß ein Nachbilden des zeitlichen Verlaufs des Saugrohrdruckes nach einem beliebigen bekannten Modell erfolgen kann, also nicht nur gemäß dem Modell des Filterungsschrittes 15. Ein Saugrohrdruckmodell ist z. B. von U. Kienke und C.-T. Cao beschrieben in Automobil-Industrie Nr. 2, 1988, Seiten 135 und 136 unter Punkt 4.1 eines Artikels mit dem Titel "Regelverfahren in der elektronischen Motorsteuerung". Unter Punkt 4.2 ist angegeben, wie dieses Modell zur Leerlaufregelung eingesetzt wird. Dabei wird in einem Rekursionsverfahren mit Hilfe des Modells der jeweils aktuelle Saugrohrdruck berechnet, der nicht gemessen wird. Ein Berechnen des zukünftigen Saugrohrdrucks zum Zumessen der aktuell abzuspritzenden Kraftstoffmasse zu einer zukünftigen Luftmasse erfolgt bei dem dort beschriebenen Verfahren nicht.

Claims (8)

1. Verfahren zum Einstellen von Kraftstoffmassen für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit elektronischer Einspritzung, wobei

• - wiederholt Kraftstoffmassen für jeden Zylinder unter Berücksichtigung von Motorparametern berechnet werden und
• - die Kraftstoffmassen additiv mit einer Korrekturgröße beaufschlagt werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Korrekturgröße sich aus einer thermischen Korrekturgröße (K_ϑ) und einer Druckkorrekturgröße (K_P) zusammensetzt,
• - die thermische Korrekturgröße (K_ϑ) und die Druckkorrekturgröße (K_P) jeweils eine abklingende Funktion aufweisen und
• - die Zeitkonstante für die thermische Korrekturgröße (K_ϑ) langsamer ist als diejenige für die Druckkorrekturgröße (K_P).

2. Verfahren nach Anspruch 1, zum Einstellen von Luft- und Kraftstoffmassen für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit möglichst individueller Einspritzung für jeden Zylinder und mit elektronisch angesteuertem Stellglied für einen Luftsteller, bei welchem Verfahren

• - nach einer Fahrpedal-Stellungsänderung ein Stellglied für einen Luftsteller angesteuert wird, um eine neue Stellung des Luftstellers einzustellen, und
• - wiederholt Kraftstoff-Einspritzmengen für jeden Zylinder unter Berücksichtigung von Motorparametern berechnet werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - das Stellglied bei ermittelter Änderung der Fahrpedalstellung im wesentlichen nur ab solchen Zeitpunkten stellungsändernd angesteuert wird, die um die Stellertotzeit vor dem der Einspritzzeitberechnung zugrunde liegenden Beginn einer neuen Drosselklappenbewegung liegen, und
• - die Kraftstoffmasse für jeden zukünftigen Ansaugtakt unter Berücksichtigung derjenigen Luftmasse pro Hub berechnet wird, die in diesem zukünftigen Ansaugtakt bei der dann vorliegenden Stellung des Luftstellers angesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede für einen zukünftigen Ansaugtakt berechnete Luftmasse unter Berücksichtigung des beim zukünftigen Ansaugtakt zu erwartenden Wandfilmverhaltens berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Fahrpedalstellung ein Kraftstoffmassensignal gebildet wird, durch das unmittelbar die zukünftig gewünschte Kraftstoffmasse bestimmt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrpedalstellung das Verhältnis der tatsächlich abzuspritzenden Kraftstoffmasse zu einer bei den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen maximal abspritzbaren Kraftstoffmasse bestimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal abspritzbare Kraftstoffmasse mit Hilfe einer Kennlinie gewonnen wird, die die maximale Luftfüllung abhängig von der jeweils vorliegenden Drehzahl beschreibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoffmassensignale, wie sie von Sonderfallregelungen, z. B. einer Leerlauffüllungsregelung oder einer Antriebsschlupfregelung abgegeben werden, mit dem aus der Fahrpedalstellung gewonnenen Kraftstoffmassensignal verknüpft werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung durch eine logische Auswahl erfolgt.