DE4038346A1

DE4038346A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren der drosselklappe einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4038346A1
Application number: DE4038346A
Authority: DE
Inventors: Klaus Heck; Juergen Kurle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-12-01
Filing date: 1990-12-01
Publication date: 1992-06-04
Also published as: ITMI913059A0; IT1252256B; JPH04269355A; ITMI913059A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren des Stellwinkels einer Drosselklappe, wie er mit einem beliebigen Winkelgeber, z. B. einem mit der Dreh achse der Drosselklappe zusammenwirkenden Potentiometer, gemessen wird.

Stand der Technik

EP-B-00 17 933 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung aus dem eben genannten technischen Gebiet, bei dem ein Kali brier-Betriebszustand dadurch eingestellt wird, daß das die Drosselklappe steuernde Gaspedal ganz losgelassen wird. Der Drosselklappensensor müßte dann, wenn der Winkelgeber genau einjustiert wäre, den Stellwinkel Null der Drosselklappe zeigen. Liegt jedoch eine Fehljustierung vor, zeigt der Winkelgeber einen von Null abweichenden Wert, z. B. den Stellwinkel -1 Grad an. Tatsächlich liegt also der Stell winkel 0 Grad vor, während ein vermeintlicher Stellwinkel von -1 Grad gemessen wird. Die Abweichung zwischen diesen beiden Stellwinkeln ist derjenige Wert, mit dem beim späte ren Betreiben der Brennkraftmaschine der jeweils gemessene, vermeintliche Stellwinkel korrigiert werden muß, um den tatsächlichen Stellwinkel zu erhalten. Im vorliegenden Fall ist dies 1 Grad, was jeweils zum gemessenen Stellwinkel addiert werden muß. Um die Korrektur beim späteren Betreiben der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wird die im Kali brier-Betriebszustand festgestellte Abweichung abgespei chert.

Dieses bekannte Verfahren setzt voraus, daß dann, wenn das Gaspedal - oder eine andere Einrichtung, die die Drossel klappe steuert - ganz losgelassen ist, der tatsächliche Stellwinkel der Drosselklappe 0 Grad ist. Drosselklappenein richtungen sind jedoch häufig mit einer Stellschraube ausgestattet, zum Einstellen des Stellwinkels der Drossel klappe bei nichtaktivierter Stelleinrichtung. Ist diese Stellschraube so eingestellt, daß die Drosselklappe im vermeintlich ganz geschlossenen Zustand bereits um 2 Grad geöffnet ist, und wird angenommen, daß der Winkelgeber richtig zur Drosselklappenachse justiert ist, wird der tatsächlich vorliegende Stellwinkel von 2 Grad als solcher angezeigt. Das herkömmliche Verfahren geht jedoch davon aus, daß eigentlich 0 Grad vorliegen müßten, daß also der Meßwert mit -2 Grad korrigiert werden muß. Dieser Wert wird abge speichert, und mit ihm werden alle beim späteren Betrieb der Brennkraftmaschine gemessenen Stellwinkel korrigiert, obwohl dies gar nicht erforderlich wäre.

Zu einer entsprechenden Fehlkorrektur kommt es aufgrund von Toleranzen im Querschnitt des Saugrohrs an der Stelle der Drosselklappe. Ist die vorgenannte Stellschraube richtig eingestellt und ist der Winkelsensor richtig zur Achse der Drosselklappe einjustiert, ist es dennoch aufgrund eines aufgrund erhöhter Fertigungstoleranzen vergrößerten Saug rohrquerschnittes möglich, daß Luft in einer Menge angesaugt wird, wie sie in einem genau dem Standard entsprechenden Rohr erst bei einem Öffnungswinkel der Drosselklappe von 0,5 Grad angesaugt wird. In diesem Fall müßten also zu jedem gemessenen Winkel 0,5 Grad hinzuaddiert werden, um das richtige Maß für die tatsächlich angesaugte Luftmenge zu erhalten. Zu ähnlichen Fehlern kann es kommen, wenn zwar die Toleranzen im Rohrquerschnitt eng bemessen sind, aber keine Stellschraube zum Einstellen der Nullage der Drosselklappe und kein veränderlicher Leerlaufanschlag für Leerlaufrege lung vorhanden ist, sondern die Drosselklappe gegen einen festen, toleranzbehafteten Anschlag läuft. Auch hier nimmt das bekannte Verfahren an, daß der Stellwinkel Null vor liegt, wenn die Drosselklappe am Anschlag liegt, obwohl diese unter Umständen eine Verdrehung von 1 Grad gegenüber der eigentlich gewünschten Lage aufweist.

Ein möglichst genaues Messen des Stellwinkels der Drossel klappe einer Brennkraftmaschine ist bei allen lambdageregel ten Brennkraftmaschinen von höchster Wichtigkeit, bei denen die Kraftstoffzumessung auf Grundlage der jeweils aktuellen Werte von Drehzahl und Drosselklappenwinkel erfolgt. Es besteht daher seit vielen Jahren permanent der Wunsch, den tatsächlich wirksamen Stellwinkel der Drosselklappe so genau wie möglich zu erfassen.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren des Stellwin kelgebers der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine weist folgende Merkmale auf:

- es wird ein Kalibrier-Betriebszustand durch Einstellen einer vorgegebenen Drehzahl und eines vorgegebenen Stell winkels der Drosselklappe eingestellt,
- es wird der Lambdawert im Kalibrier-Betriebszustand ge messen,
- aus der Abweichung zwischen erwartetem Lambdawert für den vermeintlich eingestellten Betriebszustand und dem gemes senen Lambdawert für den tatsächlichen eingestellten Be triebszustand wird die Abweichung zwischen dem vermeint lich eingestellten und dem tatsächlich eingestellten Stellwinkel bestimmt,
- und die bestimmte Winkelabweichung wird abgespeichert, um mit Hilfe des abgespeicherten Wertes diejenigen Stellwin kel zu korrigieren, wie sie beim Betreiben der Brennkraft maschine jeweils gemessen werden.

Vorzugsweise wird im Kalibrier-Betriebszustand die Winkelab weichung aus einer Tabelle ausgelesen, die adressierbar über Abweichungen von Lambdawerten Winkelabweichungen speichert, wie sie für den Kalibrier-Betriebszustand gelten.

Das erfindungsgemäße Verfahren korrigiert nicht nur unerwün schte Verstellungen zwischen dem Winkelgeber und der Dros selklappe, sondern auch alle weiteren oben genannten Fehler. Dies ist dadurch möglich, daß die Abweichungsbestimmung mit Hilfe des Lambdawertes erfolgt, also desjenigen Wertes, in dem sich sämtliche Abweichungen der angesaugten Luftmasse von der erwarteten Luftmasse auswirken. Das Kalibrierverfah ren behandelt alle Abweichungen so, als seien sie von einer unerwünschten Drosselklappenverdrehung hervorgerufen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kalibrieren des Stell winkelgebers der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine weist folgende Funktionsgruppen auf:

- eine Einrichtung zum Messen des Lambdawerts bei einem Be triebszustand mit einer vorgegebenen Drehzahl und einem vor gegebenen Stellwinkel der Drosselklappe,
- eine Einrichtung zum Bestimmen der Abweichung zwischen einem vermeintlichen und einem tatsächlichen Stellwinkel, die so ausgebildet ist, daß sie aus der Abweichung zwischen erwartetem Lambdawert für den vermeintlich eingestellten Betriebszustand und dem gemessenen Lambdawert für den tat sächlich eingestellten Betriebszustand die Winkelabweichung bestimmt,
- und einen Speicher zum Speichern der Winkelabweichung,

Zeichnung

Fig. 1 Diagramm, das die Änderung des Lambdawertes über dem Stellwinkel der Drosselklappe zeigt, bei festgehaltenem Wert der Kraftstoffmenge, wie sie einer Brennkraftmaschine zugeführt wird;

Fig. 2 Tabelle, die Winkelabweichungen abhängig von Lambda wertabweichungen auflistet;

Fig. 3 Flußdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs zum Kali brieren des Stellwinkelgebers einer Drosselklappe;

Fig. 4 Flußdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine mit Hilfe des in einem Kalibrier-Betriebszustand gemessenen Lambdawertes;

Fig. 5 Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers einer Drosselklappe.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Brennkraftmaschinen, die mit Hilfe jeweils aktueller Werte von Drehzahl und Stellwinkel der Drosselklappe lambdagere gelt werden, weisen in ihrer Steuerung typischerweise ein Kennfeld auf, aus dem für die jeweils aktuelle Kombination der genannten Werte eine zugehörige Einspritzzeit ausgelesen wird, die so bemessen ist, daß sich der gewünschte Lambda wert einstellt. Für das Folgende wird angenommen, daß der erwünschte Lambdawert der Wert Eins ist. Die Drehzahl und der Stellwinkel α der Drosselklappe werden auf herkömmliche Weise gemessen, letzterer zum Beispiel mit Hilfe eines Potentiometers, an dem die Drehachse der Drosselklappe an greift. Die Messung kann jedoch auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen, sei sie durch mechanischen Kontakt mit der Drosselklappe oder sei sie berührungsfrei.

Beim Aufnehmen des eben genannte Kennfeldes auf einem Prüfstand liegen vorgegebene Bedingungen vor, z. B. Normal druck und eine Ansauglufttemperatur von 20 Grad Celsius. Es sei zunächst angenommen, daß dieselben Bedingungen dann vorliegen, wenn der Stellwinkel der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine zu kalibrieren ist. In einem solchen Kalibrier-Betriebszustand wird die Brennkraftmaschine bei einer vorgegebenen Last auf eine vorgegebene Drehzahl einge stellt. Vorzugsweise handelt es sich um Leerlauf mit keinen zugeschalteten Aggregaten. Dies, um die Kalibrierung bei einem möglichst kleinen Stellwinkel der Drosselklappe vor nehmen zu können. Liegt z. B. ein Justierfehler von 0,2 Grad vor, wirkt sich dieser bei einem Stellwinkel der Drossel klappe von 2 Grad relativ stark, dagegen bei einem Stellwin kel von z. B. 50 Grad praktisch gar nicht mehr aus. Im Kali brier-Betriebszustand wird der Stellwinkel z. B. auf die eben genannten 2 Grad eingestellt. Dann wird die (sehr ge ringe) Last so lange verändert, bis sich eine vorgegebene Drehzahl einstellt, z. B. 800 U/min. Aus dem oben genannten Kennfeld wird die zu dieser Drehzahl und diesem Stellwinkel gehörige Einspritzzeit ausgelesen, um die Brennkraftmaschine mit derjenigen Menge an Kraftstoff zu versorgen, die gerade zum Lambdawert Eins führen sollte.

Es sei nun angenommen, daß der Winkelgeber fest auf dem Wert 2 Grad gehalten werde, daß aber die Drosselklappe verstellt werde. Dann ändert sich der tatsächliche Lambdawert in Ein klang mit der Änderung der tatsächlichen Stellung der Drosselklappe, da wegen des festgehaltenen Geberwertes die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge unverän dert bleibt, sich jedoch die Luftmasse mit der Änderung der Drosselklappenstellung ändert. Diese Abhängigkeit des Lambdawertes λ vom tatsächlichen Stellwinkel α der Drossel klappe bei festgehaltener Kraftstoffmenge ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Kurve weist für Lambda genau dann den Wert Eins auf, wenn der tatsächlich wirksame Stellwinkel mit dem gemessenen übereinstimmt. Es gilt:
λ = f(α tatsächlich) = f(α gemessen + Δα)
mit f(α gemessen) = 1.

Wenn im Kalibrier-Betriebszustand ein Stellwinkel α der Drosselklappe von z. B. 2 Grad eingestellt wird, ist es durchaus möglich, daß der Stellwinkel, der der tatsächlich wirksamen Drosselklappenstellung zugeordnet ist, von diesen 2 Grad abweicht. Bei dem im Kalibrier-Betriebszustand eingestellten Stellwinkel handelt es sich also nur um einen vermeintlichen Stellwinkel, der demgemäß im Diagramm von Fig. 1 mit α vermeintlich bezeichnet ist. Der erwartete Lambdawert λ erwartet ist, wie bereits ausgeführt, im Kalibrier-Betriebszustand Eins. Gemessen wird jedoch der in Fig. 1 eingezeichnete größere Lambdawert λ gemessen, also ein Lambdawert, der mageres Gemisch anzeigt. Dies, weil der der tatsächlich wirksamen Drosselklappenstellung zugeordnete Stellwinkel α tatsächlich im Beispielsfall größer ist als der eingestellte, vermeintliche Stellwinkel. Es wird darauf hingewiesen, daß die Abweichung Δα zwischen dem vermeinli chen und dem tatsächlichen Stellwinkel nur zwischen einigen Zehntel Grad und maximal einigen Grad liegt, während in Fig. 1 der Anschaulichkeit halber die Differenz als wesentlich größerer Wert eingezeichnet ist.

Für die Abweichung Δλ im Lambdawert gilt:
Δλ = f(α gemessen + Δα)-f(α gemessen).

Wie ersichtlich, hängt die Abweichung Δλ im Lambdawert nur von der Abweichung Δα im Stellwinkel ab. Diese Abhängigkeit kann in der oben beschriebenen Weise auf einem Prüfstand ausgemessen werden, also dadurch, daß Kraftstoff der Brenn kraftmaschine für einen Betriebspunkt mit vorgegebener Drehzahl und vorgegebenem Stellwinkel α gemessen zugemessen wird, daß aber die Drosselklappe um vorgegebene Winkelabwei chungen Δα um den Winkel α gemessen herum geändert wird. Es läßt sich damit eine Tabelle aufstellen, wie sie als Bei spiel in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Tabelle zeigt den Zusammenhang zwischen Lambdaabweichungen, die in Prozenten ausgedrückt sind, und Winkelabweichungen. Es ist zu beach ten, daß diese Tabelle nur für einen fest vorgegebenen Kalibrier-Betriebszustand gilt. Im Beispielsfall handelt es sich um einen Betriebspunkt mit einer Drehzahl von 800 U/min und einem Winkel α gemessen von 2 Grad. Es fällt auf, daß der Zusammenhang zwischen Δλ und Δα stark nichtlinear ist, entsprechend der weiter oben getroffenen Feststellung, daß sich nämlich bei einem kleinen Stellwinkel eine vorgegebene absolute Änderung prozentual erheblich stärker auswirkt als bei größerem Stellwinkel.

Da die Tabelle gemäß Fig. 2 nur für einen genau festgelegten Kalibrier-Betriebszustand gilt, ergeben sich bei ihrer Anwendung in der Praxis dann Schwierigkeiten, wenn z. B. der Luftdruck beim Kalibrieren von demjenigen Luftdruck unter schiedlich ist, der beim Aufnehmen der Tabelle galt. Ent sprechendes gilt für Temperaturunterschiede. Derartige Abweichungen von den Prüfstandbedingungen, für die die Tabelle gilt, können jedoch dadurch berücksichtigt werden, daß der aus dem oben genannten Kennfeld ausgelesene Wert für die Einspritzzeit so modifiziert wird, daß dadurch die genannten Unterschiede kompensiert werden. Um dieses Korri gieren vornehmen zu können, müssen jedoch die Unterschiede erfaßt werden. Dies ist in der Praxis unproblematisch, da ein Verfahren, wie es hier beschrieben wird, typischerweise in der Endmontage eines Fahrzeugs bei dessen Einstellen oder in besonderen Servicewerkstätten ausgeführt wird. Dort ist es ohne weiteres möglich, Unterschiede in Luftdruck und Temperatur zu den Prüfstandsbedingungen zu erfassen, Korrek turwerte für die Einspritzzeit zu berechnen und mit diesen Werten in die Steuerung einzugreifen, um den Einfluß der genannten Änderungen zu kompensieren.

Anhand von Fig. 3 wird nun ein Ablauf erläutert, wie er zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers einer Drosselklappe ausge führt werden kann. In einem Schritt s1 wird der oben als Beispiel genannte Kalibrier-Betriebszustand eingestellt, gemäß dem die Drosselklappe auf einen Stellwinkel von 2 Grad gestellt wird und der Motor so belastet wird, daß er mit 800 U/min dreht. Es wird - unter Berücksichtigung von Temperatur und Luftdruck - gerade soviel Kraftstoff eingespritzt, daß sich der Lambdawert Eins einstellen sollte. In einem Schritt s2 wird der tatsächliche Lambdawert gemessen, mit dessen Hilfe anschließend die Abweichung zum Lambdawert Eins berechnet wird (Schritt s3). Mit Hilfe der berechneten Abweichung wird in einem Schritt s4 aus der Tabelle gemäß Fig. 2 die zugehörige Stellwinkelabweichung Δα ausgelesen (Schritt s4), woraufhin der Wert als Korrekturgröße abge speichert wird (Schritt s5), mit der im anschließenden Betrieb der Brennkraftmaschine der Stellwinkel zu korrigie ren ist. Mit diesem Schritt endet der Kalibrierablauf.

Das Flußdiagramm von Fig. 4 veranschaulicht die eben genann te Korrektur des Stellwinkels im praktischen Betrieb. In einem Schritt b1 wird der Stellwinkel α gemessen. In einem Schritt b3 wird zu ihm der abgespeicherte Wert Δα addiert, der zuvor aus einer Speicherstelle ausgelesen wurde (Schritt b2).

Es wird darauf hingewiesen, daß das Umrechnen von Lambda wertabweichungen in Stellwinkelabweichungen nicht notwendi gerweise über eine Tabelle erfolgen muß. Vielmehr ist es auch möglich, die Stellwinkelabweichung mit Hilfe einer Gleichung aus der Lambdawertabweichung zu berechnen. Jedoch ist es einfacher, wenn nur Werte aus einer Tabelle auszule sen sind, die zuvor berechnet wurden, oder noch besser, auf dem Prüfstand ausgemessen wurden.

Das Berücksichtigen von Änderungen in den jeweils angesaug ten Luftmassen abhängig von Änderungen in der Temperatur und/oder dem Luftdruck kann auf vielfältige Weise erfolgen, z. B. durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Tabellen, die jeweils für unterschiedliche Bedingungen gelten oder da durch, daß der Stellwinkel korrigiert wird, bevor ein Einspritzwert aus dem genannten Kennfeld ausgelesen wird. Schließlich ist es auch möglich, am Kalibrierplatz dauernd für Standardbedingungen zu sorgen. Besonders einfach und zuverlässig ist jedoch die oben genannte Vorgehensweise, da sie völlig derjenigen entspricht, die bei der üblichen adaptiven Lambdakorrektur vorgenommen wird, um Einflüsse der genannten Größen zu kompensieren.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 10 mit An saugsystem 11 und Abgassystem 12. Im Ansaugsystem sind eine Drosselklappe 13 und eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 14 angeordnet. Im Abgassystem ist eine Lambdasonde 15 vorhan den. Der Stellwinkel der Drosselklappe ist mit einem Fahrpe dal 16 einstellbar und wird von einem Stellwinkelgeber 17 gemessen. Jeweils aktuelle Werte des Stellwinkels α, des Lambdawerts λ und der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 werden einem Steuergerät 18 mit einem ROM 19 und einem EEPROM 20 zugeführt. Das Steuergerät 18 führt mit Hilfe der Tabelle gemäß Fig. 2, die im ROM 19 gespeichert ist, das Verfahren gemäß Fig. 3 aus und legt den berechneten Diffe renzwert Δα für den Stellwinkel im EEPROM 20 ab. Ausgangs signale vom Steuergerät, die mit Hilfe des abgespeicherten Differenzwertes berechnet wurden, werden u. a. an die Ein spritzeinrichtung 14 geliefert.

Claims

1. Verfahren zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, bei dem

- in einem vorgegebenen Kalibrier-Betriebszustand die Abwei chung zwischen einem vermeintlichen und einem tatsächli chen Stellwinkel bestimmt wird,
- und die bestimmte Winkelabweichung abgespeichert wird, um mit Hilfe des abgespeicherten Wertes die Stellwinkel zu korrigieren, wie sie beim Betreiben der Brennkraftmaschine jeweils gemessen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestimmen der Abweichung

- der Kalibrier-Betriebszustand durch Einstellen einer vorgegebenen Drehzahl und eines vorgegebenen Stellwinkels der Drosselklappe eingestellt wird,
- der Lambdawert im Kalibrier-Betriebszustand gemessen wird,
- und aus der Abweichung zwischen erwartetem Lambdawert für den vermeintlich eingestellten Betriebszustand und dem ge messenen Lambdawert für den tatsächlich eingestellten Be triebszustand die Abweichung zwischen dem vermeintlich eingestellten und dem tatsächlich eingestellten Stellwin kel bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung aus einer Tabelle ausgelesen wird, die adressierbar über Abweichungen von Lambdawerten Winkelabwei chungen speichert, wie sie für den Kalibrier-Betriebszustand gelten.

3. Vorrichtung zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, mit

- einer Einrichtung (18) zum Bestimmen der Abweichung zwi schen einem vermeintlichen und einem tatsächlichen Stellwin kel,
- und einem Speicher (20) zum Speichern der Winkelabwei chung,

dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Einrichtung (15, 18) zum Messen des Lambdawerts bei einem Betriebszustand mit einer vorgegebenen Drehzahl und einem vorgegebenen Stellwinkel der Drosselklappe vor handen ist,
- und die Einrichtung (18) zum Bestimmen der Winkelabweichung so ausgebildet ist, daß sie aus der Abweichung zwi schen erwartetem Lambdawert für den vermeintlich einge stellten Betriebszustand und dem gemessenen Lambdawert für den tatsächlich eingestellten Betriebszustand die Winkel abweichung bestimmt.