DE4112540A1 - Verfahren zur ermittlung des luftmassenstroms einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine mit einem Luftmassenstromsensor im Saugrohr.

Auf Luftmassenmessung beruhende Einspritz- bzw. kombinierte Einspritz- und Zündsteuergeräte nutzen den gemessenen Luftmassenstrom zur Berechnung der Last und der Einspritzzeit. Durch die Saugrohr- und Drosselklappendynamik unterscheiden sich bei instationärem Betrieb die vom Motor angesaugte und die im Eingangsbereich des Saugrohrs gemessene Luftmasse. Daraus ergeben sich bei instationärem Betrieb Abweichungen von lambda = 1.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung des Luftmassenstroms anzugeben, das auch beim instationären Betrieb ein hinreichend genaues Ergebnis liefert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Luftmassenstromsensor erzeugte Meßgröße über einen Tiefpaß erster Ordnung geleitet wird. Neben dem Vorteil einer einfachen Realisierung ist ferner der geringe Applikationsaufwand vorteilhaft.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dem Tiefpaß ein variabler Filterfaktor zugeführt wird und daß der Filterfaktor aus dem Absolutwert der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgröße abgeleitet wird. Hierdurch ist eine besonders gute Filterung ohne wesentliche Verlängerung der Anstiegszeiten des Meßergebnisses möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Filterfaktor proportional zum Absolutwert der Differenz der Meßgröße von einem Meßwert zum folgenden ist.

Eine weitere Anpassung des Tiefpasses an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist gemäß einer anderen Weiterbildung dadurch möglich, daß dem Tiefpaß ein korrigierter Filterfaktor zugeführt wird, der durch Multiplikation des abgeleiteten Filterfaktors mit einem von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturwert berechnet wird. Vorzugsweise ist der Betriebsparameter das Verhältnis zwischen dem Saugrohrdruck und dem Umgebungsdruck, die Drehzahl oder die Last und die Drehzahl.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, daß der dem Tiefpaß zugeführte Filterfaktor auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist. Hiermit wird eine unverhältnismäßige Erhöhung der Einschwingzeit des Tiefpasses vermieden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei relativ weit geöffneter Drosselklappe und negativer Änderung der Meßgröße (gemessener Luftmassenstrom) eine von der Änderungsgeschwindigkeit unabhängige Absteuerung des Filterfaktors vorgenommen wird und/oder daß bei relativ weit geschlossener Drosselklappe und positiver Änderung (gemessener Luftmassenstrom) eine von der Änderungsgeschwindigkeit unabhängige Absteuerung des Filterfaktors vorgenommen wird. Dabei erfolgt vorzugsweise die Absteuerung für eine vorgegebene Zahl von Meßwerten.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 Zeitdiagramme verschiedener Größen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 ein weiteres Strukturbild zur Erläuterung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 eine Tabelle zum Strukturbild nach Fig. 3.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Strukturbild nach Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß die Signalverarbeitung mit digitalen Schaltungen erfolgt, daß also die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Größen in digitaler Form vorliegen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren wird das Ausgangssignal eines Heißfilm-Luftmassenmessers U_HFM einer Tabelle 2 zur Entzerrung der Kennlinie des Heißfilm-Luftmassenmessers zugeführt. Das Ausgangssignal stellt den gemessenen Luftmassenstrom _L dar. Diese Meßgröße wird einerseits einem digitalen Filter 3 und andererseits einem Funktionsblock 4 zur Berechnung der zeitlichen Änderung δ_L der Meßgröße zugeführt, von der bei 5 der Absolutwert gebildet wird. Die zeitliche Änderung bezieht sich jeweils auf eine Periodendauer T_n, welche durch die Zündimpulse der Brennkraftmaschine gegeben sind. Bei einem praktisch durchgeführten erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Abtastperiode bei der Analog/Digital-Wandlung 1 ms, während T_n in Abhängigkeit von der Drehzahl in der Größenordnung von <10 ms liegt.

Der somit vorliegende unkorrigierte Filterfaktor UFF wird bei 6 mit einem Korrekturwert KW multipliziert. Der somit korrigierte Filterfaktor KFF wird bei 7 begrenzt und anschließend dem digitalen Tiefpaß 3 zugeführt. Am Ausgang 8 steht der gefilterte Wert _F des Luftmassenstroms zur Verfügung.

Der Tiefpaß 3 ist ein rekursives Filter mit folgendem Algorithmus:

Dabei bedeuten FF der dem Tiefpaßfilter zugeführte Filterfaktor, _F(n) und _L(n) die gegenwärtigen Abtastwerte und _F(n-1) der vorangegangene Abtastwert des gefilterten Luftmassenstroms.

Wegen der Differenzbildung (256-FF) steigt die Einschwingzeit des Tiefpasses bei Werten von FF, die nahe bei 256 liegen, stark an. Da dieses eine zu große Trägheit der Messung zur Folge hat, wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der korrigierte Filterfaktor KFF auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.

Der Korrekturwert KW wird einer Tabelle 9 entnommen, welcher als Eingangswert bei 10 entweder das Verhältnis des Saugrohrdrucks zum Umgebungsdruck, die Drehzahl n oder sowohl die Last als auch die Drehzahl n zuführbar sind.

Die in der Tabelle 9 abgelegte Abhängigkeit des Korrekturwertes KW vom Verhältnis Saugrohrdruck zu Umgebungsdruck (p_s/p₀) wird beispielsweise in folgender Weise gebildet:

Bei maximal auftretendem δ_max von zum Beispiel 50 kg/h ist zum Erreichen der Begrenzung (z. B. 250) für den korrigierten Filterfaktor KFF ein Korrekturwert KW = 5 erforderlich. Bei niedrigem p_s/p₀ tritt kein Überschwinger auf, deshalb wird dort KW niedrig angesetzt (KW = 1).

Bei mittlerem P_s/p₀ ≈ 0,5 treten die höchsten Überschwinger auf. Um in diesem Bereich schon bei mittleren δ eine gute Filterwirkung zu erreichen, wird KW so gewählt, daß schon für δ < δ_max die Begrenzung erreicht wird (KW = 6). Bei hohem p_s/p₀ treten kleinere Überschwinger auf. Deshalb wird dort KW = 3 . . . 1 gewählt. Daraus resultiert folgende Kennlinie:

Das Diagramm a in Fig. 2 stellt den gemessenen Luftmassenstrom _L, den gefilterten Luftmassenstrom _F und den Saugrohrdruck S_a als Funktion der Zeit dar, wobei auf der Zeitachse die Zeitinkremente T_n der Filterfaktor-Berechnung aufgetragen sind. Das Diagramm b in Fig. 2 zeigt den Filterfaktor FF als Funktion der Zeit. Aus dem Vergleich der Diagramme wird ersichtlich, daß der Filterfaktor von der Änderung des gemessenen Luftmassenstroms _L derart abhängig ist, daß für große Änderungen - sowohl positive als auch negative - auch ein großer Filterfaktor eingestellt wird. Durch die starke Änderung des gemessenen Luftmassenstroms _L zwischen T_n = 2 und T_n = 3 müßte der Filterfaktor FF an sich noch wesentlich stärker steigen. Bei dem in den Diagrammen dargestellten Beispiel ist jedoch FF auf 250 begrenzt.

Am Verlauf des gefilterten Luftmassenstroms _F im Vergleich zum gemessenen Luftmassenstrom _L ist deutlich die Wirkung des Tiefpasses erkennbar. Ohne daß sich eine unzulässige Verringerung der Anstiegsgeschwindigkeit ergibt, sind die Überschwinger fast vollständig kompensiert. Das somit gefilterte Meßergebnis hat damit einen ähnlichen Verlauf wie der Saugrohrdruck S_a, der als Vergleich in das Diagramm a eingezeichnet ist.

Je nach Voraussetzungen im einzelnen kann es vorkommen, daß bei dem auf ein Überschwingen folgenden Unterschwingen durch ein sehr kleines δ_L der Filterfaktor bereits stark herabgesetzt wird, obwohl wegen der großen Amplitude des Unterschwingens eine starke Filterwirkung noch erforderlich ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein derartiger Zustand erkannt und das Filter entsprechend gesteuert werden.

Das Erkennen eines derartigen Zustandes erfolgt mit einer Logik 11, welcher δ_L und die Drosselklappenstellung IPDK zugeführt werden. Ferner werden der Logik 11 als Konstanten zwei Schwellwerte der Drosselklappenstellung IPDKMAX und IPDKMIN sowie eine Konstante TNZA zugeleitet. Die Konstante IPDKMAX liegt im Bereich der weit geöffneten Drosselklappe, beispielsweise bei 50°, während IPDKMIN eine relativ geschlossene Drosselklappe bedeutet, beispielsweise 20°. TNZA ist die Anzahl von Perioden T_n, für welche eine zu starke Verringerung des Filterfaktors FF verhindert werden soll. Zueinander komplementäre Ausgänge 12, 13 der Logik 11 steuern den Datenfluß zwischen dem Begrenzer 7 und dem Tiefpaß 3.

Im normalen Betrieb wird der Filterfaktor FF nicht verändert, was bei 14 dargestellt ist. Liegt jedoch der oben erwähnte Betriebszustand vor, erfolgt eine Absteuerung des Filterfaktors FF in der bei 15 dargestellten Weise. Dazu wird der vor der Absteuerung vorhandene Wert FFM des Filterfaktors mit jedem Taktimpuls um einen vorgegebenen Betrag x verringert. x ist derart gewählt, daß die Verringerung des Filterfaktors FF kleiner ist als die durch einen vorangegangenen schnellen Abfall von δ_L gegebene Verringerung. Die übrigen Teile des Strukturbildes nach Fig. 3 entsprechen denjenigen des Strukturbildes nach Fig. 1 und sind deshalb nicht nochmals erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Tabelle der Logik 11 mit den Eingangsgrößen IPDK und δ_L. Je nachdem, in welchen Bereich die Drosselklappenstellung IPDK fällt und ob δ_L positiv oder negativ ist, wird der Filterfaktor FF dem Tiefpaß direkt zugeführt oder abgesteuert. Eine Absteuerung findet nur dann statt, wenn die Drosselklappe relativ weit geöffnet ist und δ_L negativ ist. Dieser Zustand liegt etwa im Bereich zwischen T_n = 3 bis T_n = 5 (Fig. 2a) vor.

Gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten positiven Lastwechsel kehren sich die Verhältnisse bei einem negativen Lastwechsel um. Zur Verringerung eines entsprechenden Überschwingens wird dann bei einer relativ kleinen Drosselklappenöffnung und bei einem positiven δ_L die Absteuerung 15 (Fig. 3) vorgenommen.

Zur Durchführung der Erfindung geeignete Anordnungen stehen dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung. Bei Steuergeräten mit einem Mikrocomputer ist dieser lediglich gemäß den Strukturbildern nach den Fig. 1 oder 3 zu programmieren. Die Zuführung der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Größen - beispielsweise das Ausgangssignal des Heißfilm-Luftmassenmessers, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Drosselklappenstellung - erfolgt bei den bekannten Steuergeräten ohnehin.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ermittlung des Luftmassenstroms einer Brennkraftmaschine mit einem Luftmassenstromsensor im Saugrohr, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Luftmassenstromsensor erzeugte Meßgröße über einen Tiefpaß erster Ordnung geleitet wird und daß dem Tiefpaß ein variabler Filterfaktor zugeführt wird, der aus dem Absolutwert der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgröße abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterfaktor proportional zum Absolutwert der Differenz der Meßgröße von einem Meßwert zum folgenden ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiefpaß ein korrigierter Filterfaktor zugeführt wird, der durch Multiplikation des abgeleiteten Filterfaktors mit einem von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturwert berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter das Verhältnis zwischen dem Saugrohrdruck und dem Umgebungsdruck, die Drehzahl oder die Last und die Drehzahl ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Tiefpaß zugeführte Filterfaktor auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei relativ weit geöffneter Drosselklappe und negativer Änderung der Meßgröße (gemessener Luftmassenstrom) eine von der Änderungsgeschwindigkeit unabhängige Absteuerung des Filterfaktors vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei relativ weit geschlossener Drosselklappe und positiver Änderung (gemessener Luftmassenstrom) eine von der Änderungsgeschwindigkeit unabhängige Absteuerung des Filterfaktors vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absteuerung für eine vorgegebene Zahl von Meßwerten erfolgt.