专利摘要:

公开号:WO1988002811A1
申请号:PCT/DE1987/000263
申请日:1987-06-06
公开日:1988-04-21
发明作者:Helmut Denz
申请人:Robert Bosch Gmbh;
IPC主号:F02D41-00
专利说明:
[0001] Verfahren zur elektronischen Bestimmung der Kraftstoffmenge einer Brennkraftmaschine
[0002] Stand der Technik
[0003] Infolge gestiegender gesetzlicher Anforderungen an den höchstzulässigen Schadstoffgehalt des Abgases von Brennkraftmaschinen, aber auch unter dem Aspekt der Verbesserung des Fahrkomforts von Kraftfahrzeugen werden elektronische Steuergeräte zur Steuerung der verschiedenen Maschinenparameter immer häufiger eingesetzt. Bekannt ist beispielsweise, den Kraftstoffbedarf elektronisch aus angesaugter Luftmenge oder Luftmasse oder dem Druck im Ansaugrohr und der Drehzahl zu errechnen, und dann eine Einspritzvorrichtung mit einem entsprechenden Ansteuersignal anzusteuern. Im Vollastbetrieb entstehen durch die Saughübe der Maschine jedoch teilweise derart große Pulsationen des Luftmengen-Massensignals und damit des Lastsignals, welches in Form einer Einspritzzeit oder einer Kraftstoffmenge vorliegen kann, daß sich daraus störende und zu vermehrtem Schadstoffausstoß Anlaß gebende Schwankungen der Gemischzusammensetzung ergeben. Im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere bei Schiebebetrieb im Leerlauf-Drehzahlbereich macht sich die Phasenverschiebung zwischen Luftmengen- bzw. Drehzahlerfassung, Einspritzzeitpunkt und abgegebenem Drehmoment ebenfalls oft störend bemerkbar. Es entstehen Instabilitäten im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und Ruckelerscheinungen im Schiebebetrieb.
[0004] Aus der DE-OS 24 55 482 ist eine Anordnung zur Gewinnung von Signalen bekannt, aus denen in einem elektronischen Steuergerät Ansteuer- signale für die Kraftstoffzumessung erzeugt werden. Die dem Steuergerät als Eingangssignale dienenden Signale der Maschinendrehzahl und der angesaugten Luftmasse werden einer Glattungseinrichtung mit Tiefpaß-Charakter zugeführt, um eventuell vorhandene Wechselspannungsanteile, die infolge bedienungsfremder Einflüsse entstehen können, zu dämpfen. Da die Charakteristik der Glattungseinrichtung fest bleibt, d.h. sich ändernden Zuständen der Maschine nicht angepaßt wird, arbeitet die Anordnung nicht immer ganz zufriedenstellend. Vor allem treten bei plötzlichen Lastwechseln filterbedingte Verzögerungen in der Kraftstoffzumessung auf.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem dieser störende Effekt von Filtereinrichtungen vermindert, wenn nicht sogar vollständig aufgehoben werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches.
[0006] Vorteile der Erfindung
[0007] Das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß ein Filter mit variabler Charakteristik verwendet wird. Hinzu kommt, daß nicht die Eingangssignale des Steuergerätes, sondern die aus diesen berechneten Ausgangssignale gefiltert werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß im stationären oder quasistationären Betrieb der Brennkraftmaschine die Filtercharakteristik einem wenigstens zweidimensionalen Kennfeld entnommen wird, wodurch die Filterwirkung auf den Betriebsbereich des Motors abgestimmt werden kann.
[0008] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen und aus. der nachfolgenden Beschreibung.
[0009] Zeichnung
[0010] Figur 1 zeigt die Systemdarstellung eines elektronischen Steuergerätes mit Eingangs- und Ausgangssignalen, Figur 2 die Abhängigkeit der Filtercharakteristik von der ersten Ableitung d DK/dt des Drosselklappenstellunggebersignales, Figur 3 ein zweidimensionales Kennfeld, eingeteilt in Bereiche unterschiedlicher Filtercharakteristik, Figur 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung mit den Eigenschaften nach Figur 2, Figur 5 ein Beispiel für einen um ein Ausgangssignal liegenden Unempfindlichkeitsbereich, Figur 6 ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Filtercharakteristik aus einem Kennfeld und Figur 7 ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Filtercharakteristik aus d DK/dt.
[0011] Beschreibugn der Ausführungsbeispiele
[0012] In Figur 1 ist mit 10 ein elektronisches Steuergerät bezeichnet, dem eine Reihe von Eingangsgrößen zugführt werden. Mit 11 ist das Signal eines Drosselklappenstellungsgebers, mit 12 das Signal eines Luftmassensensors (im folgenden werden Luftmasse und Luftmenge synonym benutzt, da es dem Fachmann bekannt ist, aus der Luftmenge die Luftmasse zu berechnen), der ein Hitzdrahtluftmassensensor, ein nach dem Stauklappenprinzip arbeitender Sensor oder ein Drucksensor sein kann. Über den Eingang 13 wird ein Drehzahlsignal n zugeführt, mit 14 sind weitere Signale gekennzeichnet, wie z.B. Maschinentemperatur, Kraftstofftemperatur, Klopfsignal und Lambdasondensignal. Über 15 gelangt ein zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionales Signal vFZ zum Steuergerät.
[0013] Im Steuergerät 10 werden aus den Eigangssignalen eine Vielzahl von Ausgangssignalen berechnet und erzeugt. Mit 16 ist ein Ausgang für Ansteuersignale von Kraftstoff-Einspritzventilen gekennzeichnet, mit 17 ein Ausgang für Zündimpulse, mit 18 sind die Ausgänge für weitere Signale gekennzeichnet.
[0014] Im Diagramm nach Figur 2 sind auf der Abszisse die zeitliche Ableitung des Drosselklappenstellungsgebersignales d Dr/dt und auf der Ordinate die Filtercharakteristik aufgetragen. Um den Nullpunkt 20 liegt ein Unempfindlichkeitsbereich 21, dem eine Filtercharakteristik 22 zugeordnet ist. An diesen Bereich schließt sich für positive Werte von d DK/dt eine veränderliche Filtercharakteristik
[0015] 23 an, für negative Werte von d DK /dt eine konstante Filtercharakteristik 24. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt sich aus Figur 2 folgendes:
[0016] Bei geringen Schwankungen der Drosselklappenstellung, wie sie z.B. im Vollastbetrieb vorkommen, bleibt das Drosselklappenstellungsgebersignal innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches 21. Das Kraftstoffzumeßsignal wird dabei durch ein stark dämpfendes Filter gefiltert. In den meisten Fällen entspricht das Kraftstoffzumeßsignal einer Einspritzzeit, die dann ebenfalls entsprechend gefiltert wird. Durch die Filterung werden die störenden Saughubeffekte eleminiert. Bei plötzlichem Öffnen der Drosselklappe (positives d DK/dt) ist keine Dämpfung des Kraftstoffzumeßsignales mehr erwünscht, da dies zwangsläufig zu einer Dämpfung der Beschleunigung führen würde. Daher wird in diesem Fall eine von d DK/dt abhängige Filtercharakteristik 23 gewählt. Die Figur 2 zeigt mit 23 eine stückweise lineare Abhängigkeit der Filtercharakteristik von d DK/dt, jedoch kann hier jede beliebige Abhängigkeit realisiert werden. Optimale Lösungen sind von Fall zu Fall experimentell zu ermitteln. Für plötzliches Schließen der Drosselklappe, einem negativen Wert von d DK/dt entsprechend, wird eine Filtercharakteristik 24, in ihrem Wert kleiner als der Wert bei 22 und größer als der bei 23 gewählte. Durch eine solche Charakteristik lassen sich die eingangs geschilderten Probleme kompensieren. Die mit 25 gekennzeichneten Doppelpfeile deuten an, daß die Filtercharakteristiken auch noch von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie z.B. der Maschinentemperatur, abhängen können.
[0017] Figur 3 zeigt eine Realisation des Verfahrens für den Fall, daß kein Drosselklappenstellungsgeber vorhanden ist. Auf der Abszisse ist die Maschinendrehzahl n, auf der Ordinate ein Lastsignal (wie z.B. Grundeinspritzdauer, Druck im Ansaugrohr, angesaugter Luftmassenfluß bezogen auf Drehzahl, Kraftstoffmenge) aufgetragen. Weitere Parameter sind denkbar. Teilt man jede der Achsen in fünf Bereiche ein, ergibt sich schon ein hinreichend feines Netz für die Auswahl betriebszustandsabhängiger Filtercharakteristiken. 30 entspricht dabei der Vollast, 32 einer Teillast und 31 dem Leerlauf. Das Verfahren arbeitet dann wie folgt:
[0018] Je nach Betriebszustand wird aus dem Kennfeld die für diesen Zustand günstigste Filtereinwirkung ermittelt, mit der das Lastsignal, das die Grundeinspritzzeit darstellt, gefiltert wird. Aus Figur 4 ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Ausführung des Verfahrens. Auf der Abszisse ist die Zeit t, auf der Ordinate stellvertretend für die einzuspritzende Kraftstoffmenge eine Grundeinspritzdauer tL aufgetragen. Die mit 40 gekennzeichnete, durchgezogene Linie stellt den zeitlichen Verlauf des Grundeinspritzsignales tL dar, die gestrichelten Linien 41 kennzeichnen einen um 40 liegenden Unempfindlichkeitsbereich. Zum Zeitpunkt 43 erfolgt ein plötzlicher Lastwechsel, der einen stark abknickenden Verlauf der Kurve 40 zur Folge hat. Mit 42 ist der Verlauf des gefilterten Signales entsprechend Kurve 40 bezeichnet. Zum Zeitpunkt 43 folgt dieser Verlauf infolge der dämpfenden Wirkung des Filters der Kurve 40 mit sich ständig vergrößernder Abweichung, und schneidet die den Unempfindlichkeitsbereich kennzeichnende obere Kurve 41. Das Verlassen des Unempfindlichkeitsbereiches führt zum Umschalten der Filtercharakteristik, worauf hin sich ein Signalverlauf entsprechend der mit 44 gekennzeichneten Kurve ergibt. Wenn die Kurve 44 im Punkt 45 die Begrenzung des Unempfindlichkeitsbereiches unterschneidet, wird wieder auf ein stärker dämpfendes Filter umgeschaltet, aus dem sich der mit 46 gekennzeichnete Verlauf ergibt.
[0019] Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild des Verfahrens, in dem alle drei bisher erwähnten Methoden zur Anpassung der Filtercharakteristik an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine enthalten sind. Mit 51 ist eine Differenziereinrichtung gekennzeichnet, der das Signal des Drosselklappenstellungsgebers zugeführt wird. 51 ist mit einer Einrichtung 53 verbunden, deren Ausgangssignal mit dem Schalter 54 verbunden ist. Gleichzeitig ist der Ausgang von 51 mit einer Schwellwertstufe 52 verbunden, die die Stellungen des Schalters 54 beeinflußt. Der Schalter 54 verbindet entweder den Ausgang der Einrichtung 53 oder den Ausgang des Kennfeldes 50 mit einer ersten Filtereinrichtung 55. Dem Kennfeld 50 werden die Signale Drehzahl, Grundeinspritzzeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und Leerlaufindikator zugeführt. Die Grundeinspritzzeit wird gleichzeitig auch noch der ersten Filtereinrichtung 55, einem Fensterkomparator 56 und einer zweiten Filtereinrichtung 57 zugeführt. Der Fensterkomparator steuert abhängig von den Ausgangssignalen der ersten Filtereinrichtung 55 und der zweiten Filtereinrichtung 57 die Stellung des Schalters 58, mit dem er über die Wirkverbindung 59 verbunden ist. Der Schalter 58 verbindet entweder den Ausgang von 55 oder den Ausgang von 57 mit nicht näher gekennzeichneten Verstärkungseinrichtungen, die dann die Signale zur Ansteuerung von Stelleinrichtungen abgeben. Die Anordnung gemäß Figur 5 arbeitet wie folgt:
[0020] Im dynamischen Betrieb, bei dem das Signal d DK/dt eine bestimmte Schwelle überschreitet, bewirkt die Einrichtung 52 eine Schalterstellung des Schalters 54 so, daß der Ausgang der Einrichtung 53 mit der Filtereinrichtung 55 verbunden wird. Die Charakteristik von 55 wird dann entsprechend dem Signal von 53 eingestellt. Wird die in 52 vorgebbare Schwelle nicht überschritten, verbindet der Schalter 54 das Kennfeld 50 mit der Filtereinrichtung 55. In diesem stationären oder quasistationären Betrieb wird im Filter 55 eine Charakteristik nach Maßgabe des Kennfeldes eingestellt. Dem Filter 55 wird ein Kraftstoffmengengrundsignal, im Fall des Ausführungsbeispieles eine Grundeinspritzzeit tL zugeführt. Am Ausgang des Filters steht dann das gefilterte Signal zur Verfügung. Im Fensterkomparator 56 wird geprüft, ob das gefilterte Ausgangssignal innerhalb oder außerhalb des um das Grundsignal liegenden Unempfindlichkeitsbereiches liegt. Liegt es innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches, bewirkt die Verbindung 59 eine Stellung des Schalters 58, die den Ausgang von 55 mit nicht näher gekennzeichneten Verstärkungsmitteln verbindet. Wird in 56 festgestellt, daß das gefilterte Signal den Unempfindlichkeitsbereich verläßt, wird der Schalter 58 mit dem Ausgang eines Filters 57 verbunden. Ein solcher Fall tritt bei großen Lastwechseln auf. Wirksam wird Filter 57, wie man Figur 4 entnimmt, in dem zum Punkt 43 gehörenden Zeitpunkt. Im stationären Zustand erfolgt die Filterung also nach Maßgabe des Kennfeldes 50, im dynamischen Zustand nach Maßgabe der Blöcke 51 und 53. Sowohl im dynamischen als auch im stationären Fall sind jedoch die Blöcke 55, 56 und 57 wirksam.
[0021] Figur 6 zeigt ein Flußdiagramm zur Bestimmung der Filtercharakteristik aus bestimmten Parametern, der Brennkraftmaschine. In 60 wird der Parameter Drehzahl eingegeben, in 61 der Parameter Last, in 62 wird die diesen Parameter entsprechende Filtercharakteristik bestimmt. Neben den Parametern Drehzahl und Last sind auch andere Maschinenparameter als Eingangsgrößen denkbar. Das Flußdiagramm nach Figur 7 orientiert sich an der Anordnung nach Figur 5. Im Block 70 wird aus dem Drosselklappenstellungsgebersignal die erste zeitliche Ableitung d DK/dt gebildet. In Block 71 wird abgefragt, ob der Wert des Differentialquotienten größer oder kleiner als Null ist. Ist der Differentialquotient größer als Null, verzweigt das Programm zum Block 72, ist er kleiner als Null verzweigt es zum Block 73. Im Entscheidungsblock 72 wird überprüft, ob der Differentialquotient größer als eine positive Konstante ist. Ist er größer als eine positive Konstante, wird in 74 eine Filtercharakteristik abhängig von der Größe des Differentialquotienten gewählt. Ist er kleiner als die positive Konstante, wird in 75 eine Filterkonstante C2 so gewählt, daß sie größer als die Filterkonstante C1 ist. War im Entscheidungs block 71 der Differentialquotient kleiner oder gleich Null, so wird im Entscheidungsblock 73 geprüft, ob der Differentialquotient kleiner als eine bestimmte untere Schranke ist. Ist er kleiner als eine bestimmte untere Schranke, so wird in 76 eine Filtercharakteristik größer C1 abhängig von der Größe des Differentialquotienten bestimmt. Ist der Differentialquotient größer als die untere Schranke, so wird in 77 eine Filtercharakteristik der Größe C2 bestimmt. Den Blöcken 74, 75, 76 und 77 aus gelangt das Programm zum gleichen Punkt und wird in 78 fortgesetzt. In 78 wird abhängig von der Grundeinspritzzeit tL und der im Verlauf des Verfahrens ermittelten
[0022] Filtercharakteristik eine gefilterte Einspritzzeit tLF ermittelt. Im Entscheidungsblock 79 wird geprüft, die in 78 berechnete Einspritzzeit nach unten oder nach oben aus den um die Grundeinspritzzeit tL gelegte Unempfindlichkeitszone herausfällt. Wird der Unempfindlichkeitsbereich verlassen, so wird im Block 80 aus der bisher geltenden Filtercharakteristik eine geänderte Filtercharakteristik ermittelt. Diese Filtercharakteristik führt im allgemeinen zu einem Filter mit geringerer Dämpfung. Aus dieser Filtercharakteristik wird in 81 eine neue Einspritzzeit tLF gebildet. Fiel die
[0023] Zeit tLF nicht aus der Unempfindlichkeitszone heraus, so wird in
[0024] 82 der zuletzt ermittelte Wert dieser Einspritzzeit beibehalten und den Verstärkermitteln zugeführt. Von den Blöcken 81 und 82 aus springt das Programm zum Ende dieses Programmabschnittes.
[0025] Die gegenständliche Realisierung des beschriebenen Verfahrens kann entweder in analoger oder digitaler Weise erfolgen. Sowohl das Blockschaltbild nach Figur 4 wie auch die Flußdiagramme lassen sich in analoger Schaltungstechnik, wie auch als digitales Programm aufbauen. Welche Realisierungsmöglichkeit der auf dem Gebiet tätige Fachmann benutzt, hängt von den ihm zur Verfügung stehenden Mitteln ab. Im Falle analogen Schaltungsaufbaus sind analoge Filter einzusetzen, im Falle mikroprozessorgesteuerter Anlagen sind digitale Filteralgorithmen vorzusehen. Eine genauere Beschreibung der einen oder anderen Realisierung übersteigt den Rahmen dieser Beschreibung und kann als allgemein bekannt vorausgesetzt werden.
权利要求:
ClaimsAnsprüche
1. Verfahren zur Gewinnung gefilterter, von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine abhängiger Ausgangssignale mittels eines elektronischen Steuergerätes in einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik der Filter abhängig von Betriebsparametern änderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal die einzuspritzende Kraftstoffmenge und/oder die Einspritzzeit ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik bei Laständerungen veränderbar ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik bei Laständerungen abgeschwächt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für die Laständerung aus der ersten zeitlichen Ableitung des Drosselklappengebersignales abgeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für negative Laständerungssignale, die kleiner als eine erste Schwelle sind, ein Filter mit konstanter schwacher Dämpfung verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für positive Laständerungssignale, die größer als eine zweite positive Schwelle sind, ein Filter mit schwacher Dämpfung verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterwirkung mit zunehmendem Laständerungssignal linear abnimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik mit zunehmendem Lastsignal nach wählbarer Funktion abnimmt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Laständerungssignale größer als eine erste negative Schwelle und kleiner als eine zweite positive Schwelle ein Filter mit starker Filtercharakteristik verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik einem wenigstens zweidimensionalen Kennfeld entnommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld wenigstens die Parameter Drehzahl und Last enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterwirkung insbesondere im stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine dem Kennfeld entnommen wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Filtercharakteristik das Kennfeld und/oder das Laständerungssignal herangezogen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null ein Filter mit schwacher Charakteristik benutzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterwirkung dann, wenn die Brennkraftmaschine länger als eine bestimmbare Zeitdauer im Leerlaufbetrieb betrieben wird, änderbar ist.
18. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem das ungefilterte Ausgangssignal umgebenden Unempfindlichkeitsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik änderbar ist, wenn das gefilterte Ausgangssignal den Unempfindlichkeitsbereich verläßt.
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