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Dokumentenidentifikation DE4211810B4 13.04.2006
Titel Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Laufer, Helmut, Dipl.-Ing., 70839 Gerlingen, DE;
Locher, Johannes, Ing.(grad), 70378 Stuttgart, DE;
Fischer, Werner, Dipl.-Ing., 71296 Heimsheim, DE;
Schoenfelder, Dietbert, Dipl.-Ing., 70186 Stuttgart, DE;
Keller, Markus, Dipl.-Ing., 79843 Löffingen, DE;
Schmitz, Peter, Dr.-Ing., 71640 Ludwigsburg, DE
DE-Anmeldedatum 08.04.1992
DE-Aktenzeichen 4211810
Offenlegungstag 14.10.1993
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse F02D 45/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02D 41/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Eine solche Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 26 50 246 A1 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben, bei der neben anderen Betriebskenngrößen auch die Kraftstofftemperatur berücksichtigt wird.

Aus der EP 0 316 581 A1 ist eine Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein elektrischer Temperaturfühler vorgesehen ist. Dieser ist im Stellwerkraum angeordnet und taucht mit einem temperaturempfindlichen Sensorelement in einen vom Pumpeninnenraum abgeleiteten permanenten Kraftstofffluss ein. Aus der WO 91/12428 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem mittels eines Temperatursensors, der im Gehäuse des Steuergeräts angeordnet ist, die Temperatur der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Einen Hinweis dahingehend, dass mittels eines Temperatursensors in einem Steuergerät die Temperatur des Kraftstoffes ermittelbar ist, kann der Fachmann dieser Schrift nicht entnehmen.

Aus der EP 0 309 986 ist ebenfalls eine Steuereinrichtung für einen Kraftfahrzeug bekannt, bei dem in einem Steuergerät ein Sensorelement zur Erfassung der Temperatur vorgesehen ist. Dabei erfasst das Sensorelement die Kühlwassertemperatur.

Bei einer Erfassung der Kraftstofftemperatur unmittelbar in der Kraftstoffpumpe ist ein Temperatursensor sowie eine Verbindungsleitung zum Steuergerät erforderlich. Dieser zusätzliche Temperatursensor einschließlich der Leitungen sowie die Anschlüsse an das Steuergerät verursachen erhebliche Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und kostengünstige Einrichtung zu schaffen, die eine möglichst genaue Berücksichtigung der Kraftstofftemperatur ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Kraftstofftemperatur sehr einfach, kostengünstig und mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen 1 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung, 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Korrektur der Kraftstoffmenge abhängig von der Kraftstofftemperatur und 3 ein Modell für die Wärmeübergangswiderstände des Kraftstoffzumeßsystems.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Als Ausführungsbeispiel wurde eine Dieselbrennkraftmaschine gewählt, bei der das Steuergerät unmittelbar an der Kraftstoffpumpe angeordnet ist. Die erfindungsgmäße Einrichtung kann aber auch bei anderen Brennkraftmaschinentypen verwendet werden, bei denen das Steuergerät zur Steuerung der Kraftstoffmenge in unmittelbarer Nähe der Kraftstoffzumeßeinrichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann generell bei allen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen eine bekannte Beziehung zwischen der Temperatur im Steuergerät und der Kraftstofftemperatur besteht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird im folgenden am Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Dort ergibt sich erst durch die Berücksichtigung der Temperatur des Kraftstoffes im Elementraum der Kraftstoffpumpe eine sehr genaue Kraftstoffzumessung. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann aber auch zur Erfassung von anderen Temperaturwerten wie zum Beispiel der Temperatur der angesaugten Luft verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß ein definierter Zusammenhang zwischen der Temperatur im Steuergerät und der zu messenden Temperatur besteht. Auch kann die Einrichtung bei anderen Brennkraftmaschinentypen eingesetzt werden, insbesondere zur Steuerung der Leistungsabgabe über die Stellung der Drosselklappe, des Zündzeitpunktes oder der zuzumessenden Kraftstoffmenge.

Die 1 zeigt grob schematisch das erfindungsgemäße Zumeßsystem. Eine Brennkraftmaschine 100 erhält über eine Hochdruckkraftstoffleitung 105 von einer Kraftstoffpumpe 110 den für die Verbrennung notwendigen Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt. von einem Kraftstoffvorratsbehälter 120, der auch als Tank bezeichnet wird über eine Niederdruckleitung 115 zu der Kraftstoffpumpe 110.

An der Kraftstoffpumpe 110 ist ein Steuergerät 130 angeordnet. Dieses Steuergerät umfaßt unter anderem wenigstens einen Hybridschaltkreis 132, der wiederum wenigstens einen Mikrocomputer 133 sowie wenigstens einen Temperatursensor 140 enthält. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Temperatursensoren 140 und 143 vorgesehen. Ferner kann an einer beliebigen Stelle des Steuergeräts, die einen gutem Wärmekontakt zur Kraftstoffpumpe aufweist, ein weiterer Temperatursensor 146 vorgesehen sein. Das Steuergerät 130 steht ferner über verschiedene Leitungen mit verschiedenen Sensoren 150 in Verbindung.

Ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, die mittels der Sensoren 150 erfaßt werden, berechnet das Steuergerät 130 Ansteuersignale zur Beeinflussung der Kraftstoffpumpe. Als Betriebskenngrößen werden neben anderen Größen insbesondere Signale bzgl. der Fahrpedalstellung und der Drehzahl erfaßt. Abhängig von den Ansteuersignalen mißt die Kraftstoffpumpe der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu. Die Ansteuersignale bestimmen dabei den genauen Einspritzbeginn und über das Einspritzende die genaue Einspritzmenge.

Um eine möglichst emmissionsfreie Verbrennung erzielen zu können, muß bei vorgegebenen Bedingungen eine vorgegebene Kraftstoffmasse möglichst exakt zugemessen werden. Da die herkömmlichen Kraftstoffpumpen nur ein definiertes Kraftstoffvolumen zumessen können, muß bei der Bestimmung der Ansteuersignale die Temperatur des Kraftstoffs in der Kraftstoffpumpe berücksichtigt werden, damit eine genaue Kraftstoffzumessung erzielt werden kann. Eine besonders präzise Zumessung ergibt sich, wenn die Temperatur des Kraftstoffs im Elementraum der Kraftstoffpumpe berücksichtigt wird.

In 2 sind die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumeßsystems, das die Kraftstofftemperatur berücksichtigt, dargestellt. Die Sensoren 150 stehen mit einer Mengenberechnung 200 in Verbindung. Das Ausgangssignal QK der Mengenberechnung 200 gelangt zum einen über einen Verknüpfungspunkt 205 zu einer Endstufe 210. Zum anderen gelangt es zu einem Mengenkorrektur-Kennfeld 215, dem an seinem weiteren Eingang das Drehzahlsignal N zugeführt wird. Das Ausgangssignal DQK des Mengenkorrektur-Kennfeldes 215 gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 220, der wiederum mit dem Verknüpfungspunkt 205 in Verbindung steht. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 220 liegt das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 235.

Der Verknüpfungspunkt 235 verknüpft das Ausgangssignal TD eines DT1-Gliedes 245, das Ausgangssignal TR eines Referenzwertspeichers 255 sowie das Ausgangssignal TE einer Temperaturberechnung 250. Am Eingang des Verzögerungsgliedes 245 liegt das Ausgangssignal eines zweiten Kennfeldes 240, an dessen Eingängen das Ausgangssignal QK der Mengenberechnung 200 und das Drehzahlsignal N anliegen.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Ausgehend von der Fahrpedalstellung FP und der Drehzahl N gibt die Mengenberechnung 200 die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK vor. In der einfachsten Ausführungsform besteht die Temperaturberechnung 250 lediglich aus einem Temperatursensor. Dieser Temperatursensor ist im Steuergerät insbesondere auf dem Hybridschaltkreis angeordnet. Vorzugsweise dient ein temperaturempfindliches Bauteil des Hybridschaltkreises als Temperatursensor. Dieser Temperatursensor mißt die Hybridtemperatur TH. Es wird nun angenommen, daß die Hybridtemperatur der Kraftstofftemperatur TE entspricht.

Im Verknüpfungspunkt 235 wird die Differenz aus einer Referenztemperatur TR und der Hybridtemperatur TH bestimmt. Die Referenztemperatur TR ist im Referenztemperaturspeicher 255 abgelegt und entspricht derjenigen Temperatur, bei der das Mengenkennfeld der Mengenberechnung 200 aufgenommen wurde.

Am Ausgang des Verknüpfungspunktes 235 liegt nun ein Signal DT an, das die Abweichung zwischen der Referenztemperatur TR und der Kraftstofftemperatur angibt. Diese Größe wird als Differenztemperatur DT bezeichnet.

Abhängig von der Drehzahl N und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QK ist im Mengenkorrekturkennfeld 215 eine Korrekturmenge DQK abgelegt. Diese Korrekturmenge gibt an, um welchen Betrag die Kraftstoffmenge QK je Grad Abweichung zwischen der Kraftstofftemperatur und Referenztemperatur TR zu korrigieren ist.

Ausgehend von der Differenztemperatur DT und dem Ausgangssignal DQK des Mengenkorrekturkennfeldes 215 erzeugt der Verknüpfungspunkt 220 eine Korrekturmenge KQK. Der Verknüpfungspunkt 205 gibt ausgehend von der Kraftstoffmenge QK sowie der Korrekturmenge KQK ein Signal bzgl. der korrigierten Kraftstoffmenge QKK ab. Diese korrigierte Kraftstoffmenge QKK wird dann der Endstufe 210 zugeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Verknüpfungspunkt 220 die beiden Eingangssignale multiplikativ verknüpft. Im Verknüpfungspunkt 205 wird dann die Korrekturmenge KQK zur Kraftsoffmenge QK der Mengenberechnung 200 hinzuaddiert.

Die Endstufe 210 setzt die korrigierte Kraftstoffmenge QKK in Ansteuersignale zur Ansteuerung des mengenbestimmenden Stellgliedes um. Bei einer Dieselbrennkraftmaschine ist dies der Sollstrom für das Stellwerk, der dann von dem Stellregler auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird. Bei magnetventilgesteuerten Zumeßsystemen setzt die Endstufe 210 diese korrigierte Kraftstoffmenge QKK in eine Ansteuerdauer um. Bei solchen Systemen kann auch vorgesehen sein, daß die Mengenberechnung 200 eine Zeitdauer, die der Zumeßdauer entspricht, vorgibt. Diese Zeitdauer wird dann im Verknüpfungspunkt 205 entsprechend korrigiert. In diesem Fall werden dann an Stelle der Kraftstoffmenge Zeitsignale für die Zumeßdauer bzw die Ansteuerdauer verarbeitet.

Zur Erfassung der Hybridtemperatur kann der Temperatursensor 250 an verschiedenen Stellen 140, 143 des Hybridschaltkreises angeordnet sein. Vorteilhaft ist auch eine Anordnung eines Temperatursensors an einer Stelle 146 des Steuergeräts außerhalb des Hybridschaltkreises, die einen guten Wärmekontakt zur Kraftstoffpumpe besitzt.

Dadurch, daß der bzw. die Temperatursensoren innerhalb des Steuergeräts 130 angeordnet sind, ergibt sich gegenüber bekannten Systemen, bei denen ein seperater Temperatursensor. zur Erfassung der Kraftstofftemperatur außerhalb des Steuergeräts in der Kraftstoffpumpe angeordnet sind, eine Einsparung einer Eingangsleitung bei dem Steuergerät.

Desweiteren können diese Temperatursensoren, die direkt im Steuergerät angeordnet sind, einen wesentlich einfacheren Aufbau aufweisen, als extern angeordnete Temperatursensoren. Als Temperatursensor kann jedes temperaturempfindliche Element des Steuergeräts, insbesondere des Hybridschaltkreises, herangezogen werden. Bevorzugt werden temperaturempfindliche Widerstände eingesetzt. Es ist aber auch der Einsatz anderer temperaturempfindlicher Bauteile möglich. Die Temperatursensoren werden vorzugsweise in den Hybridschaltkreis integriert. Somit ergeben sich wesentliche Kosteneinsparungen.

Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise ergibt sich nur eine relativ ungenaue Temperaturkompensation. Und dies auch nur im stationären Betriebszustand. Dies beruht darauf, daß zum einen immer eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Steuergerät und der Kraftstofftemperatur besteht. Ferner ändert sich bei einem Lastwechsel wie einer Beschleunigung oder einer Verzögerung die Temperatur des Kraftstoffes. Dabei stellt sich die Temperatur im Elementraum, bei einer Änderung des Betriebszustandes erst nach einer gewissen Verzögerungszeit auf einen neuen Wert ein. Insbesondere gilt dies für die Temperatur im Steuergerät, die sich erst verzögert gegenüber der Elementraumtemperatur einstellt. Die Temperaturänderung des Kraftstoffes wirkt sicherst nach einer bestimmten Zeit auf den Temperatursensor im Steuergerät aus.

Um diese Fehler insbesondere in dynamischen Betriebszuständen auszugleichen, ist eine weitere Korrektur vorgesehen. Hierzu sind in dem Kennfeld 240 abhängig von der Kraftstoffmenge QK und der Drehzahl N Korrekturwerte abgelegt. Diese Korrekturwerte geben die sich im stationären Betriebszustand einstellende Temperaturdifferenz zwischen Elementraum und dem Temperatursensor im Steuergerät an. Diese gelangen dann über das DT1-Glied 245 zu dem Verknüpfungspunkt 235. In dem Kennfeld 240 sind die Temperaturwerte abgelegt, die sich bei vorgegebener Kraftstoffmenge und Drehzahl üblicherweise ergeben.

Das DT1-Glied 245 berücksichtigt den verzögerten Temperaturanstieg im Temperatursensor. Mit dieser Kombination aus Kennfeld 240 und DT1-Glied 245 kann ausgehend von der erfaßten Drehzahländerung und/oder der Änderung der Kraftstoffmenge QK eine kontinuierliche dynamische Temperaturnachbildung erreicht werden.

Um die Temperaturerfassung weiter zu verbessern, ist in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß mehrere Temperatursensoren im Steuergerät bzw. im Hybridschaltkreis angeordnet sind. Ausgehend von Temperaturwerten an unterschiedlichen Stellen im Steuergerät berechnet dann die Temperaturberechnung 250 gemäß einem Modell des Wärmeübergangs zwischen Kraftstoff und den Temperatursensoren die Kraftstofftemperatur TE im Elementraum der Kraftstoffpumpe.

In 3 ist ein Modell dargestellt mit dem die Temperatur im Elementraum der Kraftstoffpumpe berechnet werden kann. In der Wärmelehre ist es möglich, entsprechend wie in der Elektrizitätslehre, Wärmewiderstände zu definieren. Hierbei entspricht der Temperaturunterschied der Spannung, der Wärmefluß dem Strom.

Mit 300 ist eine Wärmequelle bezeichnet. Der Punkt 310 weist die Elementraum-Temperatur TE auf. Über einen ersten Wärmewiderstand R1 fließt Wärme über die Kraftstoffleitung 115 ab. Über einen zweiten Wärmewiderstand R2 fließt Wärme zu einer ersten Temperaturmeßstelle 330, an der die Temperatur TH1 gemessen wird. Zwischen der ersten Temperaturmeßstelle 330 und einer zweiten Temperaturmeßstelle 340, an der die Temperatur TH2 erfaßt wird, besteht ein dritter Wärmewiderstand R3. Zwischen der zweiten Temperaturmeßstelle 340 und der Umgebung 350 liegt ein vierter Wärmewiderstand R4. Ferner besteht zwischen der ersten Temperaturmeßstelle 330 der Umgebung 350 ein Wärmewiderstand R5.

Die Temperatur TE im Elementraum ergibt sich gemäß der Formel TE = TH1 + (TH1 – TH2)&bullopr;(R1+R2)&bullopr;(R3+R4+R5)/(R3&bullopr;R5)

Gemäß dieser Formel berechnet die Temperaturberechnung 250 die Kraftstofftemperatur im Elementraum, die dann anstelle der direkt erfaßten Hybridtemperatur verwendet. wird.

Vorzugsweise werden die einzelnen Widerstände abhängig von verschiedenen Betriebszuständen wie zum Beispiel der Drehzahl oder der Fahrpedalstellung gewählt. Auch kann vorgesehen sein, daß die Widerstände zeitabhängig gewählt werden. Bei einer entsprechenden Vorgabe der Widerstände kann auf das zweite Kennfeld 240 und das Verzögerungsglied 245 verzichtet werden.

Zur Steigerung der Genauigkeit ist es möglich mehr als zwei Temperatursensoren vorzusehen. In diesem Fall ist die angegebene Formel entsprechend zu modifizieren.


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung einer Brennkraftmaschine 100, wobei die Einrichtung ein Steuergerät (110) umfasst, wobei wenigstens ein im Steuergerät (130) angeordneter Temperatursensor (140, 143, 146) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (240, 245) vorgesehen sind, die den Temperaturunterschied zwischen einer zu bestimmenden Kraftstofftemperatur und der Temperatur im Steuergerät (110), sowie die zeitliche Änderung der Temperatur im Steuergerät bei Änderung wenigstens einer Betriebskenngröße berücksichtigen.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturempfindliches Element (140, 143, 146) des Steuergeräts (130) als Temperatursensor verwendet wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturempfindliches Element (140, 143) eines Hybridschaltkreises (133) des Steuergeräts (130) als Temperatursensor verwendet wird.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Temperatursensoren zur Erfassung von Temperaturen vorgesehen sind.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von wenigstens zwei, an unterschiedlichen Stellen des Steuergeräts erfassten, Temperaturwerten mittels eines Modells die Kraftstofftemperatur (TE) berechenbar ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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