WO1999007986A1 - Laufzeitabhängige brennkraftmaschinensteuerung - Google Patents

Laufzeitabhängige brennkraftmaschinensteuerung Download PDF

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WO1999007986A1
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Claus-Dieter Nusser
Guido Ehlers
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
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    • F02D41/2409—Addressing techniques specially adapted therefor
    • F02D41/2422—Selective use of one or more tables

Definitions

  • the invention relates to the selection of operating parameters of an internal combustion engine control system depending on the running time of the internal combustion engine.
  • Route and / or time signal is controllable. This allows the maximum speed in the run-in phase to be limited to comparatively low values without reducing the speed spectrum that can be used for full power development when the vehicle is retracted.
  • the limitation mentioned aims to protect the internal combustion engine from increased wear, which can go as far as destruction.
  • An adaptation of control parameters to the wear of the engine is known from US Pat. No. 4,181,944, according to which the wear is detected via the combustion chamber pressure or is estimated from the signal from an odometer.
  • the object of the invention is to further improve the known internal combustion engine control system, in particular with a view to fuel consumption and pollutant emissions. This object is achieved with the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the running-in state can advantageously be modeled by data which are present in the internal combustion engine control anyway or can be easily formed. Examples of such data are:
  • Data records that are suitable for tracking or switching are, for example, the basic values for the
  • the latter includes, for example, the extent of the speed increase as a function of the engine temperature and / or an injection start adjustment in the direction of earlier injection times.
  • Figure 1 shows the technical environment of the invention.
  • Figure 2 discloses various embodiments of the invention in functional block representation.
  • FIG. 1 represents an internal combustion engine in a vehicle with a multiplicity 2 of sensors and a variety 3 of actuators.
  • the sensors 2 supply input signals x to a control unit 4, which forms output signals y for actuating the actuators 3.
  • the variety of sensors includes, for example, means for determining the amount of intake air, the throttle valve position, the speed, the driving speed, the distance traveled and the like.
  • the variable x represents the variety of signals supplied by these sensors.
  • the variable y represents the variety of the manipulated variables, for example the output injection pulse widths for controlling injection valves, the output ignition signals and output control commands for an electronically controlled power actuator, for example a throttle valve.
  • FIG. 2a shows a first exemplary embodiment of the invention as a functional block representation of the control device 4 according to the invention.
  • Blocks 2a and 2a2 represent means for providing output variables y as a function of input variables x. These blocks can be implemented as characteristic curves or map memories or as computing means which depend on y x Calculate using other data if necessary.
  • the data record 2a is matched to the conditions, in particular the increased loss of friction loss of a new engine, while the data record 2a2 is adapted to the conditions of a run-in engine.
  • Switch 2a3 can be used to switch from one data set to the other.
  • the switch 2a3 is actuated by the block 2a4, to which at least one signal from the x group and / or a signal from the y group is fed.
  • block 2a4 forms a measure L for the mileage of the engine, or for the decreasing friction power requirement of the engine with increasing operating time and compares this measure with a predetermined threshold value. Running through the threshold value then triggers an actuation of the switch 2a3, which then transmits the second data record 2a2 to the
  • FIG. 2b shows a second embodiment of the invention. This is characterized by a constant transfer of data record 2a to data record 2a2.
  • a weighting factor F (L) is first read from block 2bl and in block 2b3 multiplied by the difference yl-y2, which is formed in block 2b2.
  • the difference weighted by F is then added in block 2b4 to the control signal y2.
  • F is a number that steadily decreases from 1 to 0 with increasing L, i.e. with increasing engine mileage.
  • a post-start mixture enrichment is active as long as the value of the post-start counter deviates from zero.
  • the start counter is incremented when the post-start counter reaches 0.
  • the start counter is marked with a applicable threshold compared. If the value of the start counter is less than the threshold, a new motor with high friction output is concluded. In this case, factors from sentence 1 are entered for the post-start and warm-up mixture. If the start counter has exceeded the threshold, then the engine already has a certain running time and thus reduced friction. Now the mixture factor set 2 has to be included. Compared to the conventional programs, by evaluating a start counter or by another modeling of the
  • Running-in state it is possible to take into account the friction power of the motor and thus the running time.
  • the evaluation of the start counter is particularly inexpensive and models the running-in condition well, since the starting processes make a significant contribution to running-in.
  • the running-in engine can be supplied with fuel according to its needs and the design no longer has to be based on the new engine with high friction as a worst-case scenario. This allows exhaust emissions and fuel consumption to be reduced in the post-start and warm-up phases.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit Steuermitteln, die wenigstens einen für den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors relevanten Steuerparameter beeinflussen und mit Mitteln zur Bildung eines Maßes (L) für Einlaufzustand des Verbrennungsmotors, wobei die Ansteuersignale (y) der Steuermittel abhängig vom genannten Maß (L) in vorbestimmter Weise verändert werden.

Description

Laufzeitabhängige Brennkraftmaschinensteuerung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft die Auswahl von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschinensteuerung abhängig von der Laufzeit der Brennkraftmaschine.
Aus der DE 28 00 433 ist eine Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die zulässige Höchstdrehzahl abhängig von einem
Fahrstrecken- und/oder Zeitsignal steuerbar ist. Dies erlaubt die Begrenzung der Höchstdrehzahl in der Einfahrphase auf dort vergleichsweise niedrige Werte ohne das für die volle Leistungsentfaltung im eingefahrenen Zustand nutzbare Drehzahlspektrum zu beschneiden. Die genannte Begrenzung zielt auf einen Schutz der Brennkraf maschine vor erhöhtem Verschleiß, der bis zur Zerstörung gehen kann, ab. Eine Anpassung von Steuerparametern an den Verschleiß des Motors ist aus der US 4 181 944 bekannt, nach der der Verschleiß über den Brennraumdruck erfaßt wird oder aus dem Signal eines Wegstreckenzählers abgeschätzt wird.
Herkömmliche Brennkraftmaschinensteuerungen sehen eine Vielzahl von Betriebsparametern im Bereich der Kraftstoff/Luft-Gemischbildung und der Zündung vor, die die Leistung, den Verbrauch und die Abgasemissionen beeinflussen. Ein Beispiel einer solchen Motorsteuerung wird in der Veröffentlichung „Automotive Elektric/Electronic Systems", VDI Verlag, 1988 auf den Seiten 262-303 beschrieben. Bei bekannten Systemen orientiert sich die Festlegung der Betriebsparameter am Bedarf des noch nicht eingelaufenen Motors. D.h.: die Datensätze sind auf den vergleichsweise hohen Reibleistungsverlust eines neuen Motors abgestimmt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung der bekannten Brennkraftmaschinensteuerung, insbesondere mit Blick auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Der Kern der Erfindung besteht darin, die für das
Fahrverhalten, die Abgasemission und insbesondere den Verbrauch relevanten Datensätze abhängig vom Einlaufzustand des Motors zu verändern. Dabei kann der Einlaufzustand vorteilhafterweise durch Daten, die ohnehin in der Brennkraf maschinensteuerung vorliegen oder leicht gebildet werden können, modelliert werden. Beispiele solcher Daten sind:
- die Summe der seit einem Urstart, also dem ersten Start der Brennkraf maschine nach deren Fertigung erfolgten Zündungen,
- die Summe der Betriebszeiten,
- die zurückgelegte Fahrstrecke,
- die Summe der Einspritzzeiten,
- das Integral der durchgesetzten Luftmasse über der Betriebszeit, - das Integral der Drosselklappenstellung,
- das Integral der Fahrzeuggeschwindigkeit, jeweils vom Urstart an berechnet und/oder die Summe der seit dem Urstart erfolgten Startvorgänge in der Brennkraftmaschine .
Besonders vorteilhaft, weil wenig aufwendig, ist eine Berücksichtigung der Reibleistung des Motors und damit der Laufzeit durch Auswerten eines Startzählers .
Datensätze, die für die Nachführung oder Umschaltung in Frage kommen sind beispielsweise die Basiswerte für die
- Kraftstoffeinspritzmengen,
- Faktoren für die Übergangskompensation bei Beschleunigungsvorgängen, insbesondere aber die
- Gemischanreicherungsfaktoren für die Nachstart- und Warmlaufgemischanreicherung. Weitere Beispiele sind Daten
- für Lastwechselschlagmaßnahmen in Gemisch und Zündung, wie eine Drehmomentzurücknähme über Zündungsspätverstellung. Weiterhin kommt auch eine Anwendung auf
- kaltstartrelevante Daten eines Dieselmotors in Frage. Letzteres umfaßt bspw. das Ausmaß der Drehzahlerhöhung als Funktion der Motortemperatur und/oder eine Spritzbeginnverstellung in Richtung früherer Einspritzzeitpunkte.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung. Figur 2 offenbart verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in Funktionsblockdarstellung .
Die 1 in der Figur 1 repräsentiert einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug mit einer Vielzahl 2 von Sensoren und einer Vielfalt 3 von Stellgliedern. Die Sensoren 2 liefern Eingangssignale x an ein Steuergerät 4, das daraus Ausgangssignale y zur Ansteuerung der Stellglieder 3 bildet. Die Vielfalt von Sensoren umfasst beispielsweise Mittel zum Bestimmen der Ansaugluftmenge, der Drosselklappenstellung, der Drehzahl, der Fahrgeschwindigkeit, der zurückgelegten Wegstrecke und dergleichen. Die Variable x repräsentiert dementsprechend die Vielfalt der von diesen Sensoren gelieferten Signale. Ganz analog repräsentiert die Variable y die Vielfalt der Stellgrößen, beispielsweise die ausgegebenen Einspritzimpulsbreiten zur Ansteuerung von Einspritzventilen, die ausgegebenen Zündsignale sowie ausgegebene Steuerbefehle für ein elektronisch gesteuertes Leistungsstellglied, beispielsweise eine Drosselklappe.
Figur 2a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Funktionsblockdarstellung des erfindungsgemäßen Steuergerätes 4. Die Blöcke 2al und 2a2 stellen Mittel zur Bereitstellung von Ausgangsgrößen y als Funktion von Eingangsgrößen x dar. Diese Blöcke können als Kennlinienoder Kennfeldspeicher realisiert sein oder als Rechenmittel, die y abhängig von x gegebenenfalls unter Rückgriff auf weitere Daten berechnen.
Die Blöcke 2al und 2a2 repräsentieren damit im weitesten
Sinne Datensätze zur Motorsteuerung. Der Datensatz 2al ist auf die Verhältnisse, insbesondere den erhöhten Reibleistungsverlust eines neuen Motors abgestimmt, während der Datensatz 2a2 an die Verhältnisse eines eingelaufenen Motors angepasst ist. Mit dem Schalter 2a3 kann von dem einen auf den anderen Datensatz umgeschaltet werden. Der Schalter 2a3 wird vom Block 2a4 betätigt, dem wenigstens ein Signal aus der x-Gruppe und/oder ein Signal aus der y-Gruppe zugeführt wird. Aus den zugeführten Signalen bildet der Block 2a4 ein Maß L für die Laufleistung des Motors, bzw. für den mit zunehmender Betriebsdauer abnehmenden Reibleistungsbedarf des Motors und vergleicht dieses Maß mit einem vorbestimmten Schwellwert. Ein Durchlaufen des Schwellwertes löst dann eine Betätigung des Schalters 2a3 aus, der dann den zweiten Datensatz 2a2 mit den
Stellgliedern verbindet. Figur 2b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses zeichnet sich durch eine stetige Überführung des Datensatzes 2al in den Datensatz 2a2 aus. Zu diesem Zweck wird zunächst abhängig vom Maß L für den Einlaufzustand ein Wichtungsfaktor F(L) aus dem Block 2bl ausgelesen und im Block 2b3 multiplikativ mit der Differenz yl-y2 verknüpft, die im Block 2b2 gebildet wird. Anschließend wird die mit F gewichtete Differenz im Block 2b4 zum Steuersignal y2 hinzu addiert. Die letztlich ausgegebene Stellgröße y berechnet sich daher zu y = y2 + F • (yl-y2) . F ist dabei eine Zahl, die mit zunehmendem L, also mit zunehmender Laufleistung des Motors stetig vom Wert 1 auf den Wert 0 sinkt. D.h. für einen neuen Motor ist F=l und y berechnet sich zu y=yl . Für einen eingelaufenen Motor mit F=0 berechnet sich y zu y2. Mit anderen Worten: Dieses Ausführungsbeispiel bewirkt einen stetigen Übergang vom Steuerdatensatz yl für den neuen Motor zum Steuerdatensatz y2 für den eingelaufenen Motor. Im folgenden wird ausgeführt, wie der Einlaufzustand L leicht modelliert werden kann. Ein Zähler, der im batteriegepufferten RAM des Steuergerätes abgelegt ist, wird bei jedem Start des Motors nach Ablauf eines Zeitkriteriums inkrementiert . Das Zeitkriterium könnte z.B. der Nachstartzähler sein. Der Nachstartzähler wird nach einem Start auf einen bestimmten Wert gesetzt und im folgenden
Betrieb auf den Wert Null heruntergezählt. Solange der Wert des Nachstartzählers von Null abweicht ist eine Nachstartgemischanreicherung aktiv. Der Startzähler wird inkrementiert, wenn der Nachstartzähler den Wert 0 erreicht. In der Initialisierungsphase wird der Startzähler mit einer applizierbaren Schwelle verglichen. Ist der Wert des Startzählers kleiner als die Schwelle, schließt man auf einen neuen Motor mit hoher Reibleistung. In diesem Fall werden für das Nachstart- und Warmlaufgemisch Faktoren aus einem Satz 1 eingereichnet . Hat der Startzähler die Schwelle überschritten, dann hat der Motor schon eine gewisse Laufzeit vorzuweisen und damit eine reduzierte Reibleistung. Jetzt ist der Gemischfaktorensatz 2 einzurechnen. Gegenüber den herkömmlichen Programmen ist durch Auswerten eines Startzählers oder durch eine andere Modellierung des
Einlaufzustandes eine Berücksichtigung der Reibleistung des Motors und damit der Laufzeit möglich. Das Auswerten des Startzählers ist besonders wenig aufwendig und modelliert den Einlaufzustand gut, da die Startvorgänge wesentlich zum Einlaufen beitragen. Jetzt kann der eingelaufene Motor entsprechend seinem Bedarf mit Kraftstoff versorgt werden und die Auslegung muß sich nicht mehr am neuen Motor mit hoher Reibleistung als worst case orientieren. Dadurch lassen sich die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch in der Nachstart und Warmlaufphase reduzieren.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (1) mit Steuermitteln (3), die wenigstens einen für den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors relevanten Steuerparameter beeinflussen und mit Mitteln (2, 3, 4) zur Bildung eines Maßes L für Einlaufzustand des Verbrennungsmotors, gekennzeichnet durch Mittel (4), die Ansteuersignale y der Steuermittel (3) abhängig vom genannten Maß L in vorbestimmter Weise verändern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Mittel 4 wenigstens zwei Sätze yl, y2 von Ansteuersignalen bereithalten wobei der Satz yl zur Steuerung des neuen Motors und der Satz y2 zur Steuerung des eingelaufenen Motors dient,
- daß das Maß L mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird und
- daß die Mittel 4 von dem einen auf den anderen Satz von Ansteuersignalen umschalten, wenn das Maß L den vorbestimmten Schwellwert passiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdatensatz yl für den neuen Motor stetig in den Steuerdatensatz y2 für den eingelaufenen Motor überführt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, die zur Bildung des Maßes L wenigstens eine der folgenden Größen verarbeiten: - die Summe der seit einem Urstart, also dem ersten Start der Brennkraftmaschine nach deren Fertigung erfolgten Zündungen,
- die Summe der seit dem Urstart verstrichenen BetriebsZeiten, - die seit dem Urstart zurückgelegte Fahrstrecke,
- die Summe der Einspritzzeiten seit dem Urstart,
- das Integral der durchgesetzten Luftmasse über der Betriebszeit seit dem Urstart,
- das Integral der Drosselklappenstellung seit dem Urstart, - das Integral der Fahrzeuggeschwindigkeit seit dem Urstart
- oder die Summe der seit dem Urstart erfolgten Startvorgänge in der Brennkraftmaschine.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Datensätze y
- Basiswerte für die Kraftstoffeinspritzmenge,
- Faktoren für die Übergangskompensation
- Gemischanreicherungsf ktoren für die Nachstart- und/oder Warmlaufphase , - Gemisch- und/oder Zündeingriffe für Lastwechselschlagmaßnahmen oder
- kaltstartrelevante Daten eines Dieselmotors verwendet werden.
6. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (1) mit Steuermitteln (3), die wenigstens einen für den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors relevanten Steuerparameter beeinflussen und mit Mitteln (2, 3, 4) zur Bildung eines Maßes L für Einlaufzustand des Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale y der Steuermittel (3) abhängig vom genannten Maß L in vorbestimmter Weise verändert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - daß die Mittel 4 wenigstens zwei Sätze yl, y2 von Ansteuersignalen bereithalten wobei der Satz yl zur Steuerung des neuen Motors und der Satz y2 zur Steuerung des eingelaufenen Motors dient,
- daß das Maß L mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird und
- daß dann von dem einen auf den anderen Satz von Ansteuersignalen umgeschaltet wird, wenn das Maß L den vorbestimmten Schwellwert passiert.
8. Verfahren Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdatensatz yl für den neuen Motor stetig in den Steuerdatensatz y2 für den eingelaufenen Motor überführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Maßes L wenigstens eine der folgenden Größen verarbeitet wird:
- die Summe der seit einem Urstart, also dem ersten Start der Brennkraf maschine nach deren Fertigung erfolgten Zündungen,
- die Summe der seit dem Urstart verstrichenen Betriebszeiten,
- die seit dem Urstart zurückgelegte Fahrstrecke,
- die Summe der Einspritzzeiten seit dem Urstart, - das Integral der durchgesetzten Luftmasse über der Betriebszeit seit dem Urstart,
- das Integral der Drosselklappenstellung seit dem Urstart,
- das Integral der Fahrzeuggeschwindigkeit seit dem Urstart
- oder die Summe der seit dem Urstart erfolgten Startvorgänge in der Brennkraftmaschine.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Datensätze y
- Basiswerte für die Kraftstoffeinspritzmenge, - Faktoren für die Übergangskompensation
- Gemischanreicherungsfaktoren für die Nachstart- und/oder Warmlaufphase,
- Gemisch- und/oder Zündeingriffe für Lastwechselschlagmaßnahmen oder - kaltstartrelevante Daten eines Dieselmotors verwendet werden.
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