DE19625688B4

DE19625688B4 - Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung

Info

Publication number: DE19625688B4
Application number: DE19625688A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Wild; Manfred Pfitz; Axel Dipl.-Ing. Stuber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: US5889203A; ITMI971149A0; JP4173565B2; FR2750454B1; IT1296770B1; ITMI971149A1; FR2750454A1; JPH1061481A; DE19625688A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals (tl) einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung (AGR) mittels eines im Saugrohr angeordneten Drucksensors, wobei in einer Schaltungseinheit (1) aus gemessenem Saugrohrdruck (ps) und gemessener Drehzahl (n) ein zur pro Umdrehung angesaugten Masse proportionales Lastsignal (tl) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das AGR-Ventil strömende Abgasmassenfluss bestimmt wird, dass durch Umwandeln in ein drehzahlabhängiges Signal und Filterung mit Hilfe eines Tiefpassfilters mit drehzahlabhängiger Zeitkonstante ein zur pro Umdrehung von der Brennkraftmaschine angesaugten Abgasmasse proportionales Korrektursignal (skorr) ermittelt wird, und dass dieses Korrektursignal (skorr) vom Lastsignal (tl) zur Erzeugung eines korrigierten Lastsignals (tlkorr) subtrahiert und ausgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung (AGR) mittels eines im Saugrohr angeordneten Drucksensors, wobei in einer Schaltungseinheit aus gemessenem Saugrohrdruck und gemessener Drehzahl ein zur pro Umdrehung angesaugten Gasmasse proportionales Lastsignal berechnet wird.
Ein bezüglich der Abgasrückführung korrigiertes Lastsignal, das proportional zur pro Umdrehung angesaugten Frischluftmasse ist, wird insbesondere zur Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge benötigt, da Fehler im korrigierten Lastsignal unter anderem zu Fehlern in der Gemischzusammensetzung und damit zu erhöhten Schadstoffemissionen führen.

Zur Berücksichtigung des Einflusses einer Abgasrückführung bei einer Saugrohrdruck-basierenden Lasterfassung für Motorsteuerungen von Ottomotoren sind Verfahren bekannt, bei denen zur Korrektur der Einspritzzeit bei externer Abgasrückführung ein Korrekturfaktor aus einem drehzahl- und lastabhängigen Kennfeld benutzt wird. Diese Verfahren liefern aber nur bei stationären Bedingungen gute Ergebnisse und haben mehrere Nachteile.

So ist der Korrekturfaktor immer vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig, d.h. von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine, die z.B. durch den Drosselklappenwinkel erfaßt wird. Dies erfordert beispielsweise während einer Applikation bei jeder Änderung der Abgasrückführrate auf aufwendige Weise eine neue Anpassung des Korrekturkennfelds.

Des weiteren ist die Korrektur der Einspritzzeit nur stationär richtig. Insbesondere bei Betriebspunktänderungen, d.h. bei Änderungen der Drehzahl und der Last durch Änderung des Drosselklappenwinkels, sind dynamische Restfehler in der Gemischzusammensetzung unvermeidbar, wodurch sich eine nachteilige Verschlechterung der Abgaswerte der Brennkraftmaschine ergibt. Darüber hinaus arbeiten derartige bekannte Verfahren bei Änderungen des Umgebungsdrucks, beispielsweise beim Betrieb der Brennkraftmaschinen in unterschiedlichen Höhen, nur ungenau. Schließlich ist nachteilig, daß derartige Verfahren keine Ausgabesignale, die eine Basis für andere Funktionen wie z.B. die Zündwinkelkorrektur oder eine Drehmomentschnittstelle bilden, ermöglichen.

Aus der nachveröffentlichen DE 195 25 815 A1 ist des weiteren ein Verfahren zur Erfassung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem abhängig vom Saugrohrdruck, vom Abgasdruck, von der Drehzahl und von der Stellung des AGR-Ventils das Lastsignal der Brennkraftmaschine korrigiert wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass es ebenfalls nur bei stationären Bedingungen korrekt arbeitet und darüber hinaus auch Restfehler bei Änderungen des Umgebungsdrucks zeigt.

Aus der US 5,273,019 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die eine dynamische Vorhersage der rückgeführten Abgasmenge in einer Brennkraftmaschine zur Verfügung stellen.

Aus der DE 42 11 851 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Zylinderluftmassenflusses bei einem Steuerungssystem eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung bekannt. Dabei geht es um das Gewinnen eines genauen Wertes für den Ansaugluftmassenfluss des Gases, wie es aktuell bei aktivem Zustand des Abgasrückführsystems in einen Motorzylinder eingeführt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung derart zu verbessern, dass zum einen eine einfache Applikation möglich ist, und insbesondere die Abgasrückführrate jederzeit geändert werden kann, ohne dass eine erneute Anpassung der Lastsignalkorrektur erforderlich wird, und dass zum anderen auch bei Instationärbetrieb ein korrektes Lastsignal gebildet wird, und hierdurch reduzierte Abgasemissionen der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der durch das AGR-Ventil strömende Abgasmassenfluss bestimmt wird, dass durch Umwandeln in ein drehzahlabhängiges Signal und Filterung mit Hilfe eines Tiefpassfilters mit drehzahlabhängiger Zeitkonstante ein zur pro Umdrehung vom Motor angesaugten Abgasmasse proportionales Korrektursignal ermittelt wird, und dass dieses Korrektursignal vom Lastsignal zur Erzeugung eines korrigierten Lastsignals subtrahiert und ausgegeben wird.

Die Bestimmung des durch das AGR-Ventil strömenden Abgasmassenflusses, die Ermittlung eines zur pro Umdrehung vom Motor angesaugten Abgasmasse proportionalen Korrektursignals durch Umwandeln des bestimmten Abgasmassenflusses in ein drehzahlabhängiges Signal und Filterung mit Hilfe eines Tirfpassfilters mit drehzahlabhängiger Zeitkonstante und die anschließende Subtraktion dieses Korrektursignals vom Lastsignal zur Erzeugung des korrigierten Lastsignals, hat den besonders großen Vorteil,

– daß eine systematische Korrektur des auf der Basis des gemessenen Saugrohrdrucks ermittelten Lastsignals unter Berücksichtigung aller wesentlichen Einflußgrößen möglich ist,
– daß auch bei Instationärbetrieb der Brennkraftmaschine reduzierte Abgasemissionen möglich sind, da auch während Betriebspunktänderungen, insbesondere durch das Filtern in dem Saugrohrfüllungsvorgänge nachbildenden Filter ein genaues Lastsignal gebildet wird, und
– daß die Abgasrückführrate jederzeit geändert werden kann, ohne daß eine erneute Anpassung der Lastsignalkorrektur erforderlich wird, da durch die Bestimmung des Abgasmassenflusses und die Umwandlung in ein zur pro Umdrehung vom Motor angesaugten Abgasmasse proportionales Korrektursignal ohnehin kontinuierlich eine Lastsignalkorrektur unter Berücksichtigung des Abgasmassenflusses vorgenommen wird.

Hinsichtlich des Filters sind rein prinzipiell die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Filter ein Tiefpaßfilter mit drehzahl abhängiger Zeitkonstante ist, das Saugrohrfüllungsvorgänge besonders gut nachbildet.

Die Bestimmung des Abgasmassenflusses durch das AGR-Ventil erfolgt auf besonders vorteilhafte Weise in Abhängigkeit von der Stellung des AGR-Ventils, der Abgastemperatur am AGR-Ventil, des Saugrohrdrucks und des Abgasdrucks mittels der als Kennlinie abgelegten, an sich bekannten Ausflußfunktion, welche die physikalisch vorteilhafteste Näherung zur Bestimmung des Abgasmassenflusses darstellt.

Zur Bestimmung des Abgasdrucks wird vorzugsweise die Summe aus Umgebungsdruck und Abgasgegendruck gebildet.

Der Abgasgegendruck selbst kann auf die unterschiedlichste Art und Weise erfaßt werden. Vorteilhafterweise wird der Abgasgegendruck jedoch einem drehzahl- und lastabhängigen Kennfeld entnommen.

Die Bestimmung der Abgastemperatur am AGR-Ventil ist ebenfalls auf die unterschiedlichste Art und Weise möglich. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Abgastemperatur am AGR-Ventil ebenfalls einem drehzahl- und lastabhängigen Kennfeld entnommen wird.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Durchfluß durch das AGR-Ventil unter Normbedingungen (0°C oder 20°C, 1013 mbar Eingangsdruck, überkritisches Druckverhältnis) einer Kennlinie abgelegt ist. Die Eingangsgröße dieser Kennlinie ist die Stellung des AGR Ventils, sofern ein AGR-Ventil mit Lagerückmeldung benutzt wird. Darüber hinaus kann auch das Ansteuersignal des AGR-Ventils als Eingangsgröße benutzt werden.

Von besonderem Vorteil ist es, daß das Verfahren nicht nur die Ausgabe des korrigierten Lastsignals ermöglicht, sondern auch die Ausgabe der AGR-Rate, die durch den Quotienten aus Korrektursignal und dem Lastsignal gebildet wird.

Zeichnung
Weitere Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 schematisch detailliert eine Ausführungsform eines in 1 dargestellten Schaltungsteils zur Bestimmung der AGR-Masse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung mittels eines im Saugrohr angeordneten Drucksensors läßt sich am besten in Verbindung mit 1 erläutern.
Wie aus 1 hervorgeht, wird der gemessene Saugrohrdruck ps nach Subtraktion eines höhenabhängigen Offsets 10 in einem Subtrahierer 20 durch Multiplikation eines aus einem Korrektur-Kennfeld 30 entnommenen Korrekturfaktors in einem Multiplizierer 40 und durch Multiplikation eines temperaturabhängigen Faktors 60 in einem weiteren Multiplizierer 45 auf an sich bekannte Weise in ein Lastsignal tl umgewandelt. Zur Berücksichtigung des Einflusses der Abgasrückführung wird zunächst in einer Schaltungseinheit 100 aus Saugrohrdruck ps, Abgasdruck pa, Stellung des AGR-Ventils und einem betriebspunktabhängigen Korrekturfaktor der Abgasmassenstrom durch das AGR-Ventil bestimmt.
Nach Bildung des Quotienten aus Abgasmassenstrom und Drehzahl n in einem Dividierer 70 und Multiplikation mit einer Konstanten K in einem Multiplizierer 75 wird dieses, stationären Bedingungen entsprechende Korrektursignal einem Filter 80 zugeführt, welches zur Berücksichtigung von Saugrohrfüllungsvorgängen, d.h. zur Berücksichtigung dynamischer Effekte, als Tiefpaßfilter mit drehzahlabhängiger Zeitkonstante ausgebildet ist. Das von dem Filter 80 ausgegebene Korrektursignal wird sodann in einem Subtrahierer 90 von dem Lastsignal tl subtrahiert, wobei ein korrigiertes Lastsignal tlkorr entsteht und ausgegeben wird.
Darüber hinaus kann auch durch Bildung des Quotienten aus Korrektursignal skorr und Lastsignal tl in einem Dividierer 95 die AGR-Rate bestimmt und ausgegeben werden. Diese AGR-Rate kann als Eingangsgröße für weitere Funktionen der Steuerung der Brennkraftmaschine benutzt werden, unter anderem zur Bestimmung des Drehmoments, des optimalen Zündwinkels oder der Temperaturen im Saugrohr.
Die Bestimmung des durch das AGR-Ventil strömenden Abgasmassenflusses wird nachfolgend in Verbindung mit 2, welche eine detaillierte Ausschnittdarstellung des mit 100 bezeichneten Schaltungsteils darstellt, näher erläutert.
Der AGR-Massenfluß wird bestimmt aus der Stellung des AGR-Ventils, dem Saugrohrdruck ps, dem Umgebungsdruck pu, der Drehzahl n sowie einer mit Last bezeichneten Lastabhängigen Größe, beispielsweise dem Drosselklappenwinkel.
Aus dem Umgebungsdruck pu und dem aus einem drehzahl- und lastabhängigen Kennfeld 110 entnommenen Abgasgegendruck wird in einem Addierer 115 der Abgasdruck pa bestimmt und einem Dividierer 120 zugeführt, in dem der Quotient aus Saugrohrdruck ps und Abgasdruck pa gebildet wird. Dieser Quotient wird einer Schaltungseinheit 130 zugeführt, in welcher die Kennlinie der an sich bekannten Ausflußfunktion ψ abgelegt ist, welche die Strömungsverhältnisse am AGR-Ventil in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck ps und Abgasdruck pa am besten annähert.
Das von der Schaltungseinheit 130 ausgegebene Signal wird mit einem Signal multipliziert, das von einer Schaltungseinheit 140 ausgegeben wird, in welcher im wesentlichen die Kennlinie des AGR-Ventils in Abhängigkeit von der Stellung des AGR-Ventils realisiert ist. Diese Multiplikation erfolgt in einem Multiplizierer 145. Das von dem Multiplizierer 145 ausgegebene Signal wird wiederum in einem Multiplizierer 190 mit einem normierten Signal des Quotienten aus Abgasdruck pa und einem Normdruck pn, welches in einem Dividierer 17 erzeugt wird, multipliziert.
Schließlich wird dieses Signal zur Berücksichtigung der Abgastemperatur am AGR-Ventil mit einem Signal in einem weiteren Multiplizierer 155 multipliziert, das einem drehzahl- und lastabhängigen Kennfeld 150 zur Berücksich tigung aller multiplikativ wirkenden, betriebspunktabhängigen Einflüsse entnommen wird.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine systematische Korrektur des auf der Basis des gemessenen Saugrohrdrucks ermittelten Lastsignals bei einer externen Abgasrückführung unter Berücksichtigung aller wesentlichen Einflußgrößen. Aufgrund des Füllungsvorgänge im Saugrohr nachbildenden Filter 80 sind auch bei instationär betriebener Brennkraftmaschine reduzierte Abgasemissionen möglich, da auch während Betriebspunktänderungen immer ein korrektes Lastsignal tl gebildet wird.
Darüber hinaus kann die AGR-Rate jederzeit geändert werden, ohne daß eine erneute Anpassung der Lastsignalkorrektur bei einer Applikation erforderlich wird.
Schließlich wird – gewissermaßen als Nebenprodukt auch die berechnete AGR-Rate ausgegeben, die als Eingangsgröße für weitere Funktionen der Steuerung der Brennkraftmaschine benutzt werden kann, beispielsweise zur Bestimmung des Drehmoments, des optimalen Zündwinkels oder auch der Temperatur im Saugrohr.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Lastsignals (tl) einer Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung (AGR) mittels eines im Saugrohr angeordneten Drucksensors, wobei in einer Schaltungseinheit (1) aus gemessenem Saugrohrdruck (ps) und gemessener Drehzahl (n) ein zur pro Umdrehung angesaugten Masse proportionales Lastsignal (tl) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das AGR-Ventil strömende Abgasmassenfluss bestimmt wird, dass durch Umwandeln in ein drehzahlabhängiges Signal und Filterung mit Hilfe eines Tiefpassfilters mit drehzahlabhängiger Zeitkonstante ein zur pro Umdrehung von der Brennkraftmaschine angesaugten Abgasmasse proportionales Korrektursignal (skorr) ermittelt wird, und dass dieses Korrektursignal (skorr) vom Lastsignal (tl) zur Erzeugung eines korrigierten Lastsignals (tlkorr) subtrahiert und ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Abgasmassenflusses durch das AGR-Ventil in Abhängigkeit von der Stellung des AGR-Ventils, der Abgastemperatur am AGR-Ventil, des Saugrohrdrucks (ps) und des Abgasdrucks (pa) mittels der als Kennlinie abgelegten an sich bekannten Ausflussfunktion (ψ) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Abgasdrucks (pa) die Summe aus Umgebungsdruck (pu) und Abgasgegendruck gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasgegendruck einem dehzahl- und lastabhängigen Kennfeld (110) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur am AGR-Ventil einem dehzahl- und lastabhängigen Kennfeld (150) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussverhalten unter Normbedingungen des AGR-Ventils in einer Kennlinie (140) abgelegt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der AGR-Rate der Quotient aus Korrektursignal (skorr) und Lastsignal (tl) gebildet und ausgegeben wird.