EP0441908B1 - Verfahren zum einstellen von luft- und kraftstoffmengen für eine mehrzylindrige brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum einstellen von luft- und kraftstoffmengen für eine mehrzylindrige brennkraftmaschine Download PDF

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EP0441908B1
EP0441908B1 EP90910552A EP90910552A EP0441908B1 EP 0441908 B1 EP0441908 B1 EP 0441908B1 EP 90910552 A EP90910552 A EP 90910552A EP 90910552 A EP90910552 A EP 90910552A EP 0441908 B1 EP0441908 B1 EP 0441908B1
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EP
European Patent Office
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fuel
air
throttle valve
mass
account
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90910552A
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English (en)
French (fr)
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EP0441908A1 (de
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Eberhard Schnaibel
Erich Schneider
Martin Klenk
Winfried Moser
Christian Klinke
Lutz Reuschenbach
Klaus Benninger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/045—Detection of accelerating or decelerating state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for setting air and fuel quantities for a multi-cylinder internal combustion engine with as individual as possible injection for each cylinder and with an electronically controlled actuator for the air actuator. Part (see EP-A-142856).
  • the air regulator is generally designed as a throttle valve, which is why in the following, for the sake of clarity, a throttle valve instead of one.
  • Air plate is generally spoken. However, it is pointed out that the air plate can be of any design.
  • a very precise individual metering of fuel quantities to individual cylinders is possible with sequential injection.
  • An injection valve is assigned to each cylinder, which is controlled separately.
  • the air quantities In addition to the fuel quantities, the air quantities must also be set.
  • the amount of air is adjusted by directly adjusting the throttle valve by pressing the accelerator pedal.
  • the accelerator pedal signal is converted into an actuating signal for an actuator for the throttle valve.
  • the throttle valve is likewise adjusted directly by actuating the accelerator pedal, but the extent of the adjustment of the throttle valve depends not only on the accelerator pedal angle, but also on the current values of predetermined operating parameters.
  • This method is based on the knowledge that it is unfavorable in an internal combustion engine with central injection Driving behavior leads if the throttle valve is adjusted during an intake stroke. Adjusting the accelerator pedal therefore does not immediately lead to an adjustment of the throttle valve, but after the change in the accelerator pedal position has been ascertained, the start of the immediately next intake stroke is waited in order to then use this to adjust the position of the throttle valve to the value specified by the accelerator pedal position taking into account the current operating parameters put.
  • EP 0 281 152 A2 Another method in which the adjustment of an air actuator is delayed compared to the time when a request for more fuel occurs is known from EP 0 281 152 A2. It is a method for metering additional fuel masses to operate additional units, e.g. B. an air conditioner. When the air conditioner is turned on, more air and more fuel must be added to avoid a drop in engine speed when idling. A quantity of fuel increased by a fixed, predetermined value compared to the case without additional load is then first injected and only then is the idling bypass valve opened a little further. The clutch for the air conditioning system is only engaged when these measures increase the torque that can be output.
  • additional units e.g. B. an air conditioner.
  • EP-A 142 856 describes a so-called fuel-guided engine control system.
  • a value for the amount of air to be supplied is selected from a map and the amount of fuel to be metered is calculated using this value and the speed.
  • the position of the throttle valve is determined on the basis of the calculated quantity of fuel to be metered.
  • a throttle valve change speed is calculated depending on the change speed of the accelerator pedal position, the speed and an additive correction. Notes on delayed activation of the air regulator for the synchronization of fuel and air metering are not described.
  • US-A 4 711 218 describes measures for acceleration enrichment which are determined at low speeds depending on the unfiltered change in the throttle valve position, at higher speeds depending on the filtered change in the throttle valve position. A correction of the amount of fuel to be metered depending on the change in the throttle valve position is described, but measures regarding the air intervention and regarding the delayed activation of the air actuator are not described.
  • the teaching according to the invention is based on the knowledge that all known methods without exception suffer from the fact that it is assumed that fuel masses to be drawn in in the future will be calculated with the current values of operating parameters, in particular with the current intake manifold pressure, instead of on the basis of those values, that are likely to be present at the point in time at which the previously injected fuel is drawn in.
  • the invention is based on the knowledge that the intake manifold pressure does not change suddenly after an essentially sudden change in position of the throttle valve, but after a transition function, essentially a transition function of the first order, the time constant of which is generally dependent on the operating point. If this fact is taken into account when calculating the future fuel mass drawn in, the driving behavior and harmful gas behavior are significantly improved. At this point, a comparison is made with the document known from WO 88/06235 A1 already mentioned. In this known method, the fuel mass is below Consideration of the current intake manifold pressure is determined and the throttle valve is changed at the beginning of the intake stroke following a change in the pedal position. This procedure leads to two problems.
  • the first is that the fuel mass that is drawn in during an intake stroke following a change in pedal position has already been injected before the change in pedal position. It is therefore a fuel mass that does not match the throttle valve position newly set at the start of the new intake stroke.
  • the second problem is that a fuel mass that was calculated immediately after a pedal position change takes into account the new pedal position, but not the intake manifold pressure as it is when this fuel mass is finally injected.
  • the accelerator pedal position can be converted into a throttle valve position in a conventional manner and the fuel mass can be changed in adaptation to operating parameters so that an essentially constant lambda value results.
  • the procedure is preferably such that the desired fuel mass is directly predetermined by the accelerator pedal position.
  • the throttle valve position then becomes more current, taking into account the current situation Values of operating parameters are adjusted so that a given lambda value is essentially retained.
  • each position of the accelerator pedal corresponds to a certain torque, while in the aforementioned method the torque changes with the speed.
  • the torque is determined by the accelerator pedal position, it is possible in a simple manner to take into account additional requirements with regard to torque processes. As already explained above, z. B.
  • an accelerator pedal potentiometer 10 forms a voltage which is a measure of the accelerator pedal angle ⁇ .
  • a throttle valve angle map 11 is controlled with the accelerator pedal angle signal. From this, throttle valve angles ⁇ ( ⁇ , n) can be read out in an addressable manner via values of the accelerator pedal angle and also the speed n of an internal combustion engine.
  • the signal for the throttle valve angle on the one hand determines the voltage with which a throttle valve actuator 13 is to be actuated in order to achieve the desired throttle valve angle ⁇ , but on the other hand also the injection time TI.
  • a map value TI_KF is first read from a map that can be addressed via values of the throttle valve angle and the speed n. After reading out the map value TI_KF, there follows the process step which brings about the decisive improvement compared to previously conventional processes. Namely, the injection time value read out from the injection time map 14 at a throttle valve angle ⁇ and the present speed n is not used directly, but is subjected to a first-order transition function in a filtering step 15, which has a time constant ⁇ , which depends on the throttle valve position and the speed depends.
  • injection time value TI achieved up to that point is determined and subjected to the transition function with the current time constant ⁇ ( ⁇ , n), which may still depend on the sign of the throttle valve change.
  • the filtering step 15 output injection time TI is the one with which an injection valve is actually controlled.
  • the amount of fuel to be injected depends on the intake manifold pressure at the time of the intake stroke for which the amount of fuel is calculated.
  • the intake manifold pressure in turn depends on the throttle valve angle, the speed and, which is crucial, on the time of changing the throttle valve position.
  • Cylinder 1 draws in every fourth intake stroke.
  • the accelerator pedal angle ⁇ is increased.
  • the spraying of fuel for cylinder 1 has already started.
  • the fuel mass to be injected was still calculated taking into account the old accelerator pedal angle, more precisely, taking into account the throttle valve angle assigned to the old pedal angle and thus the air mass per stroke assigned to this angle. Also at this point in time the fuel injection processes for other cylinders that have not yet drawn in, or have already been completed.
  • the throttle valve position is adapted to the new accelerator pedal position and cylinder 3 is now the first cylinder to draw fuel at the new throttle valve position, with a quantity that was calculated for the first time for this new position.
  • the throttle valve is only opened to its new value at the beginning of the intake stroke now under consideration, that is to say that the intake manifold pressure has not yet reached the end value for steady state with the new throttle valve position.
  • the offset just discussed between the time the accelerator pedal is adjusted and the time the throttle valve is adjusted is calculated in an offset step 16.
  • the offset time TV depends in particular on how long fuel has already been injected for this intake stroke before a specific intake stroke. In the example given above it is the time of three intake cycles. Only at the beginning of the sixth cycle can the throttle valve be adapted to the changed accelerator pedal position. If the throttle valve actuator 13 had no dead time, it would ideally be controlled at such an angle mark at which an inlet valve opens. However, since the throttle valve actuator 13 has a dead time of a few milliseconds, it must be controlled by the appropriate time in front of an angle mark of the type mentioned so that the start of a new throttle valve movement actually coincides with the start of an intake stroke.
  • the offset period of three suction strokes mentioned in the above example is a relatively long period of the periods used in practice. It guarantees that all fuel can be sprayed out within a cycle time, even at the highest speed and maximum load.
  • the offset period can decrease to the value zero, that is to say, in the case of sequential injection, injection occurs only when an inlet valve associated with an injection valve is opened and / or the speed and load are low.
  • An offset occurs only in special cases, namely when the accelerator pedal is very close to the start of an intake stroke is adjusted by a period of time that is shorter than the dead time of the actuator. Under certain circumstances, the fuel quantity could then already be calculated for a new throttle valve position, but this can no longer be set because of the dead time.
  • the throttle valve is then left in its old position and the fuel mass calculated for the old conditions is sprayed off.
  • the actuator is actuated and the fuel mass for the next intake stroke is calculated taking into account the intake manifold pressure that arises with the new throttle valve position.
  • a throttle valve does not change its position abruptly if the associated throttle valve member is actuated with a position-changing voltage. If the error caused by this behavior is to be avoided, the time constant ⁇ ( ⁇ , n) is determined in the filtering step 15 taking into account the throttle valve angle actually present at a particular point in time instead of on the basis of the desired throttle valve angle.
  • ⁇ ⁇ , n
  • To calculate the actual throttle valve angle can be used as a model, for. B. a delay element of the first order or a ramp with limitation can be used.
  • FIG. 2 differs from all previously known methods not only by the filtering step 15, which is also used here, but also in that not a throttle valve angle ⁇ is calculated from the accelerator pedal angle ⁇ , but that directly desired amount of fuel is specified. This measure can also be used without filtering step 15.
  • the specification of the fuel quantity corresponds to the specification of a torque. Each accelerator pedal position therefore essentially has a certain torque. However, if the throttle valve angle is determined by the accelerator pedal position, more and more fuel is injected with increasing speed, which increases the torque. An example of how the torque request can be implemented is given in FIG. 2.
  • the output signal from the accelerator pedal potentiometer 10 is given to a characteristic table 17 which establishes a nonlinear relationship between the pedal angle and an injection time ratio TI / TI_MAX.
  • the ratio indicates what percentage of the maximum possible amount of fuel is desired under the current operating conditions.
  • the characteristic is non-linear, with increasing incline towards larger pedal angles in order to improve the starting behavior of a vehicle.
  • the ratio number output by the characteristic curve table 17 is linked in a logical linking step 18 with torque specifications as entered by special functions. It is initially assumed that the ratio number output by the characteristic table 17 goes through the logical linking step 18 unchanged.
  • To set the throttle valve in accordance with the ratio it is first passed to a modified throttle valve map 11. M, from which, depending on the values of the speed n and the ratio, a desired throttle valve angle ⁇ is read.
  • the control voltage associated with this setpoint angle for the throttle valve actuator 13 is again not supplied directly to the latter, but rather via the offset step 16. Its function is identical to the function described above, which is why the setting of the throttle valve is not discussed in more detail here.
  • An injection time TI_FP predetermined by the accelerator pedal is obtained from the injection time ratio TI / TI_MAX by multiplying the ratio in an multiplication step 19 by an injection time TI_MAX, which corresponds to the injection time which gives the highest torque at the present speed n.
  • TI_MAX it is assumed that the internal combustion engine 12 has a maximum charge at a very specific speed n_O and thereby delivers its maximum torque and that fuel is injected while maintaining the injection time TI_MAX_O. The air charge is lower for all other speeds.
  • a charge correction factor FK is therefore read out from a torque characteristic table 20 and has the value one at the speed n_O.
  • the filling decreases with higher and also lower speeds, which is why the filling correction factor FK falls to values less than one.
  • the injection time TI_FP assigned to the accelerator pedal position is calculated from this maximum injection time TI_MAX, which applies to a respective speed n, by multiplying it with the ratio number from the characteristic table 17.
  • This predetermined injection time is subjected to the filtering step 15 explained in detail above, as a result of which the actual injection time TI is obtained.
  • Ratios TI / TI_MAX of special functions are fed to this logic combination step 18.
  • Is z. B. the air conditioner is switched on at idle, this means increased torque requirement.
  • the idle charge control accordingly outputs a relatively high value for the desired ratio TI / TI_MAX.
  • This ratio from the idle charge control is then in the logical link step 18 selected for maximum value selection.
  • z. B. from a traction control system, a low ratio TI / TI_MAX is entered in order to prevent the drive wheels from spinning by providing a low torque, this value is passed through in the sense of a lowest value selection by the logic combination step 18. If the logical linking step 18 reaches several ratio numbers, it only allows one ratio in the sense of a priority selection.
  • the importance of filtering step 15 has been pointed out several times, ie the importance of calculating a fuel mass drawn in in the future, taking into account the conditions expected for the future. 1 and 2, only the intake manifold pressure was taken into account as a measure of the cylinder charge (air mass per stroke) as a condition lying in the future. However, it is the case that the intake manifold pressure not only influences the air mass that can be drawn in, but also determines the behavior of the fuel wall film. If the pressure and the fuel mass flow increase, some of the injected fuel goes into the wall film, while conversely fuel is released from the wall film when the suction pressure drops. The injected fuel mass must be corrected accordingly in order to actually draw in the fuel mass that is required to set a specific lambda value with an air mass that is drawn in.
  • FIG. 3 only the part of the block diagrams according to FIGS. 1 and 2 between the filtering step 15 and the output of the injection time TI to the internal combustion engine 12 is shown.
  • An input injection time TI_EIN is supplied to the filtering step 15, be it the map injection time TI_KF according to FIG. 1 or the accelerator pedal injection time TI_FP according to FIG. 2.
  • the filtering step 15 outputs an output injection time TI_AUS which does not yet correspond directly to the injection time TI. with which an injection valve in the internal combustion engine 12 is controlled. Rather, the output injection time TI-AUS is additively linked in a wall film correction step 20 with a wall film correction quantity K_WF, as a result of which the actual injection time TI is only formed.
  • the wall film correction quantity K_WF is made up of two parts, namely a thermal correction quantity K_ ⁇ and a pressure correction quantity K_P.
  • the current value for the thermal correction variable is calculated in a temperature effect correction step 21, while the value for the pressure correction variable is calculated in a pressure effect correction step 22.
  • the values of the correction variables are calculated on the basis of a decaying function, the time constant for the temperature effect being slower than that for the pressure effect. Each time the input variable for the correction steps changes, the decaying behavior is recalculated.
  • FIG. 4 is an illustration for explaining a correction method which can be used both in the method in accordance with FIG. 1 and in the method in accordance with FIG. 2.
  • the methods according to FIGS. 3 and 4 can also be used together.
  • the method according to FIG. 4 is used to take into account changes in the intake air mass compared to the value that applies under calibration conditions.
  • the speed n and the injection time TI become in a fuel flow determination step 23 calculates the fuel flow ⁇ K.
  • the value obtained is multiplied by the predetermined lambda value in a target air flow determination step 24. It is then known which air mass flow would have to be present in order to achieve the predetermined lambda value for the fuel flow set by the injections.
  • the current value for the desired air flow ⁇ L_SOLL is subtracted in an air flow comparison step 25 from the current value of the actual air flow ⁇ L_IST as it is output by an air mass meter.
  • the difference value is further processed in an integration step 26, in which integration is carried out around the value one.
  • the integration value is the current value for an air mass correction variable K_ ⁇ L, with which the input value for the injection time TI_EINS explained with reference to FIG. 3 is linked multiplicatively in an air mass correction step 27. If the target and actual air flows continuously coincide with one another, the multiplicative air mass correction value has the value one.
  • the method according to FIG. 5 is similar to that of FIG. 4, with an integration step 26 and an air mass correction step 27.
  • the integration step 26 In the integration step 26, however, it is not an air flow difference signal but a lambda value difference signal processed.
  • An actual lambda value LAMBDA_IST is measured in the exhaust gas of the internal combustion engine 12.
  • the target lambda value LAMBDA_SOLL is subtracted from this value in a lambda value comparison step 28. If the difference deviates from zero, the integration step 26 is carried out, corresponding to the method according to FIG. 4.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Einstellen von Luft- und Kraftstoffmassen für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit möglichst individueller Einspritzung für jeden Zylinder wird die Kraftstoffmasse für jeden Einspritzvorgang unter Berücksichtigung des während der Einlaßventilöffnungszeit voraussichtlich vorliegenden Saugrohrdrucks berechnet. Nach einer Änderung des Fahrpedals wird die Drosselklappe erst dann verstellt, wenn die für die neue Drosselklappenstellung maßgeblichen Kraftstoffmassen berechnet und im wesentlichen abgespritzt sind. Dadurch, daß einzuspritzende Kraftstoffmassen nicht unter Berücksichtigung des aktuellen Luftmassenflusses, sondern unter Berücksichtigung des beim Ansaugvorgang maßgeblichen Saugrohrdrucks berechnet werden, und daß ein Ändern der Drosselklappenansteuerung, die zu einer in der Einspritzmengenberechnung nicht berücksichtigten Saugrohrdruckänderung führen würde, erst wieder nach einer Neuberechnung erlaubt wird, ergibt sich auch in instationären Zuständen einer Brennkraftmaschine stets ein optimales Verhältnis zwischen Kraftstoffmasse und Luftmasse pro Füllung zum Erhalten eines vorgegebenen Wertes für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Außer dem zukünftigen Saugrohrdruck wird beim Berechnen der abzuspritzenden Kraftstoffmasse auch berücksichtigt, wieviel Kraftstoff in einen Wandfilm übergeht oder aus diesem freigesetzt wird.

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 gemäß Anspruch 1,1. Teil (vergleiche EP-A-142856). 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 worden, 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 0 281 152 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.
  • Dies wird erreicht durch die Merkmale gemäß Anspruch 1.
  • Die EP-A 142 856 beschreibt ein sogenanntes kraftstoffgeführtes Motorsteuerungssystem. Abhängig von Fahrpedalstellung und Drehzahl wird aus einem Kennfeld ein Wert für die zuzuführende Luftmenge ausgewählt und die zuzumessende Kraftstoffmenge mittels dieses Wertes und der Drehzahl berechnet. Auf der Basis der berechneten, zuzumessenden Kraftstoffmenge wird die Stellung der Drosselklappe bestimmt. Bei Änderung der Fahrpedalstellung wird eine Drosselklappenänderungsgeschwindigkeit abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung, der Drehzahl und einer additiven Korrektur berechnet. Hinweise zu einer verzögerten Ansteuerung des Luftstellers zur Synchronisation von Kraftstoff- uns Luftzumessung wird nicht beschrieben.
  • Die US-A 4 711 218 beschreibt Maßnahmen zur Beschleunigungsanreicherung, welche bei niedrigen Drehzahlen abhängig von der ungefilterten Änderung der Drosselklappenposition, bei höheren Drehzahlen abhängig von der gefilterten Änderung der Drosselklappenposition bestimmt werden. Eine Korrektur der zuzumessenden Kraftstoffmenge abhängig von der Änderung der Drosselklappenposition wird beschrieben, Maßnahmen bezüglich des Lufteingriffes und bezüglich der verzögerten Ansteuerung der Luftstellers werden jedoch nicht beschrieben.
    • 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 Drossselklappe wird mit Beginn des auf eine Pedalstellungsanderung 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 Effeke 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 Wändfilmverhalten 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 Zeipunkt, zu dem eine Anderung 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 Drosselklappenanderung 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 unterworfen 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 kaum 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. Wurde 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 Drosselklappensteilglied 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_O maximale Füllung aufweist und dabei ihr maximales Drehmoment abgibt und daß dabei Kraftstoff unter Einhalten der Einspritzzeit TI_MAX_O 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_O 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_O zu TI_MAX = TI_MAX_O x 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 erläutert. 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 ṁ K berechnet. Der erhaltene Wert wird in einem Sollluftfluß-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 Sollluftfluß ṁ L_SOLL wird in einem Luftfluß-Vergleichsschritt 25 vom jeweils aktuellen Wert des Istluftflusses ṁ 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_ṁ 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 Drosselklappenstellungendie 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 beschreiben in Automobil-Industrie Nr. 2, 1988, Seiten 135 und 136 unter Punkt 4.1 eines Artikels mit dem Titel "Regelverfahren in der elektronischen Motor- steuerung". 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 Luft- und Kraftstoffmasse für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit elektronischer Einspritzung und elektronisch angesteuertem Stellglied für einen Luftsteller, wobei
    - nach einer Fahrpedal-Stellungsänderung ein Stellglied für einen Luftsteller angesteuert wird, um den Luftsteller stellungsändernd zu beeinflussen, und
    - wiederholt Kraftstoffeinspritzmengen unter Berücksichtigung von Motorparametern berechnet werden, wobei die Berechnung dieser Kraftstoffeinspritzmengen und deren Einspritzung zeitlich vor ihrem Ansaugen erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - die Kraftstoffmenge bzw. -masse für jeden zukünftigen Ansaugtakt unter Berücksichtigung derjenigen Luftmasse berechnet wird, welche in diesem zukünftigen Ansaugtakt bei der dann vorliegenden Stellung des Luftstellers angesaugt wird,
    - wobei die Verstellung des Luftstellers bei einer Änderung der Fahrpedalstellung gegenüber dieser zeitlich verzögert wird, so daß eine Verstellung des Luftstellers zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die auf der Basis dieser Verstellung des Luftstellers berechnete Kraftstoffmasse angesaugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Ansteuerung zur Verstellung der Luftstellers unter Berücksichtigung der Stellertotzeit gewählt wird, wobei die Ansteuerung des Luftstellers um die Stellertotzeit früher als der Ansaugvorgang der Kraftstoffmasse erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, 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 bis 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 ab hängig 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.
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