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Title:
METHOD FOR DETERMINING AN AIR MASS IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/144132
Kind Code:
A1
Abstract:
The disclosure relates to a method for determining a corrected air mass flow value in an internal combustion engine, which has an air mass flowmeter arranged in an intake tract of the internal combustion engine. The method comprises the steps of determining a cold start condition of the internal combustion engine at at least a first time, at which there is still no air mass flow in the intake tract, producing at least one reference signal by means of the air mass flowmeter at the at least one first time, and ascertaining at least one air mass flow offset from the at least one reference signal of the air mass flowmeter. The method according to the invention also comprises producing a measurement signal by means of the air mass flowmeter at at least a second time, which is not equal to the at least one first time and lies in an operating duration of the internal combustion engine, ascertaining an air mass flow value from the measurement signal of the air mass flowmeter, and ascertaining the corrected air mass flow value from the at least one air mass flow offset and the air mass flow value.

Inventors:
KNITTEL THORSTEN (DE)
SETESCAK STEPHEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/078596
Publication Date:
August 31, 2017
Filing Date:
November 23, 2016
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
F02D41/06; F02D41/18; F02D41/22; G01F1/68; F02D41/04
Foreign References:
DE102012219290A12014-04-24
DE19927674A12000-12-21
DE3910676A11990-10-04
DE10133526A12003-01-30
US20030079725A12003-05-01
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche :

1. Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Luftmassen- stromwerts in einer Brennkraftmaschine, die einen in einem Einlasstrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Luftmassen¬ messer aufweist, mit:

Bestimmen einer Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine an zumindest einem ersten Zeitpunkt, an dem noch kein Luftmassenstrom im Einlasstrakt vorliegt,

Erzeugen von zumindest einem Referenzsignal mittels des Luftmassenmessers an dem zumindest einen ersten Zeitpunkt,

Ermitteln von zumindest einem Luftmassenstromoffset aus dem zumindest einen Referenzsignal des Luftmassenmessers,

Erzeugen eines Messsignals mittels des Luftmassen¬ messers an zumindest einem zweiten Zeitpunkt, der ungleich dem zumindest einen ersten Zeitpunkt ist und in einer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine liegt,

Ermitteln eines Luftmassenstromwerts aus dem Mess¬ signal des Luftmassenmessers, und

Ermitteln des korrigierten Luftmassenstromwerts aus dem zumindest einen Luftmassenstromoffset und dem Luftmas- senstromwert .

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Ermitteln eines Korrekturluftmassenstromwerts aus dem zumindest einen Luft- massenstromoffset .

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Korrekturluftmassenstromwert aus mehreren Luftmassen- stromoffsets ermittelt wird, die an mehreren ersten Zeitpunkten ermittelt wurden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei das Ermitteln des korrigierten Luftmassenstromwerts durch Sub- traktion des Korrekturluftmassenstromwerts vom Luftmassen- stromwert erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein vorbestimmter Anteil des ermittelten Korrekturluftmassenwerts vom Luftmassenwert subtrahiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der vorbestimmte Anteil in einem Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 99 %, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 70 % bis ungefähr 95 %, liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei der vorbestimmte Anteil von einer Sensitivität und/oder Rohkennlinie eines zum Erzeugen des Messsignals angeordneten Luftmassenmessers abhängt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Kaltstartbedingung aufweist:

Bestimmen, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde, und/oder

Bestimmen, dass Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Null liegt, und/oder

Bestimmen, dass die Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt, und/oder

Bestimmen, dass die Temperatur der Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Bereich um die Umgebungslufttemperatur liegt .

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des zumindest einen Luftmassenstromoffsets und/oder das Ermitteln des Luftmassenwerts auf einer vorbe¬ stimmten Kennlinie des Luftmassenmessers basieren.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Kennlinie des Luftmassenmessers zumindest teilweise nichtlinear ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, falls der zumindest eine ermittelte Luftmassenstromoffset um einen vorbestimmten Wert vom ermittelten Korrekturluftmas- senstromwert abweicht, dieser ermittelte Luftmassenstromoffset bei der Ermittlung des Korrekturluftmassenstromwerts berück¬ sichtigt wird.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Ermitteln einer Luftmasse in einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer zugeführten Luftmasse in einer Brennkraftmaschine und insbesondere ein Verfahren zur Fehlerkorrektur der ermittelten Luftmasse in einer Brennkraftmaschine.

Luftmassenmesser werden in Brennkraftmaschinen dazu eingesetzt, die Masse der angesaugten und den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführten Luft zu ermitteln. Üblicherweise wird der Luftmassenmesser zwischen einem Turbolader und einem stromaufwärts angeordneten Luftfilter in der Einlassleitung positioniert. Luftmassenmesser können die Luftmasse beispielsweise mittels der sogenannten Temperaturdifferenzmethode ermitteln. Außerdem sind Luftmassenmesser bekannt, die darauf basieren, die Temperatur eines Bereichs des Luftmassenmessers mittels einer Heizeinrichtung möglichst konstant zu halten aus der Versorgungsspannung Heizeinrichtung und den gemessenen Temperaturen den Luftmassenstrom zu ermitteln. Weitere Verfahren zum Betreiben eines Luftmassenmessers sind beispielsweise die Messung mit einem Hitzdrahtanemometer oder die Ultraschall- LaufZeitmessung .

Luftmassenmesser können im Laufe des Betriebs Signale auszu ¬ geben, die dem aktuell vorhandenen Luftmassenstrom nicht mehr vollständig entsprechen. Solche fehlerhaften Signale können sich mit zunehmender Betriebsdauer vergrößern, was zu einer nicht mehr optimalen Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere der Abgasrückführung, führt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln der aktuellen Luftmasse in einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem der aktuelle Luftmassenstrom in einer Brennkraftmaschine möglichst genau ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, d. h. zu einem Zeitpunkt, bei dem kein Luftmassenstrom in der Einlaufleitung vorliegt, eine Messung mittels eines Luftmassenmesser durchzuführen und dieses von dem Luftmassenmesser gelieferte Referenzsignal in einen entsprechenden Luftmassenstromoffset umzurechnen. Beispiels ¬ weise erzeugen fehlerhafte Luftmassenmesser an dem Kaltstart-Messzeitpunkt ein Signal aus, das einen geringen Luft- massenstromwert anzeigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch der bestimmte Luftmassenstromoffset bei der während des Betriebs der Brennkraftmaschine mittels dem Luftmassenmesser kontinuierlich erfasste Luftmassenstromwert berücksichtigt und entsprechend korrigiert werden. Genauer gesagt kann der

Luftmassenstromoffset , der von dem Luftmassenmesser bei einem Kaltstart geliefert wird, bei den weiteren ermittelten Luft ¬ massenwerten zur Korrektur verwendet werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Luftmassenstromwerts einer Brennkraftmaschine, die einen in einem Einlasstrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Luft ¬ massenmesser aufweist, umfasst ein Bestimmen einer Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine an zumindest einem ersten Zeitpunkt, an dem noch kein Luftmassenstrom im Einlasstrakt vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zudem ein Erzeugen von zumindest einem Referenzsignal mittels des

Luftmassenmessers an dem zumindest einen ersten Zeitpunkt, und ein Ermitteln von zumindest einem Luftmassenstromoffset aus dem zumindest einen Referenzsignal des Luftmassenmessers. Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren ein Erzeugen eines

Messsignals mittels des Luftmassenmessers an zumindest einem zweiten Zeitpunkt, der ungleich dem zumindest einen ersten Zeitpunkt ist und in einer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine liegt, ein Ermitteln eines Luftmassenstromwerts auf der

Grundlage des Messsignals des Luftmassenmessers und ein Er ¬ mitteln des korrigierten Luftmassenstromwerts aus dem zumindest einen Luftmassenstromoffset und dem Luftmassenstromwert .

Der zumindest eine erste Zeitpunkt liegt vorzugsweise kurz vor einem Kaltstart der Brennkraftmaschine . Beispielsweise liegt der zumindest eine erste Zeitpunkt in einem Zeitintervall zwischen einem Aktivieren einer Zündung der Brennkraftmaschine und dem Anlaufbeginn der Brennkraftmaschine. Das heißt, dass das Re ¬ ferenzsignal des Luftmassenmessers kurz vor dem Start der Brennkraftmaschine geliefert wird. Zu diesem ersten Zeitpunkt wird davon ausgegangen, dass im Einlasstrakt der Brennkraft ¬ maschine kein Luftmassenstrom vorhanden ist und folglich der Luftmassenstromwert bei null liegt.

Die Ermittlung der Luftmassenstromwerte aus den Signalen des Luftmassenmessers erfolgt aus einer vorbestimmten Kennlinie des Luftmassenmessers. Beispielsweise ist im Luftmassenmesser ein vorbestimmtes Kennfeld hinterlegt, beispielsweise in Form eines Diagramms, in dem das Signal gegenüber dem Luftmassenstrom aufgetragen ist. Diese Signalkennlinie ist bevorzugt zumindest teilweise nicht linear. Beispielsweise ist die Signalkennlinie im Wesentlichen ähnlich zu einer Wurzelfunktion. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das hierin offenbarte Verfahren ferner ein Ermitteln eines Korrekturluftmassenstromwerts aus dem zumindest einen Luftmassenstromoffset auf. Vorzugsweise werden aus mehrere Luftmassenstromoffsets , die an unterschiedlichen ersten Zeitpunkten ermittelt wurden, beispielsweise ein gemittelter Luftmassenstromoffset als Kor ¬ rekturluftmassenstromwert ermittelt. Zum Beispiel ist der Korrekturluftmassenstromwert das arithmetische Mittel der mehreren Luftmassenstromoffsets .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des hierin offenbarten Verfahrens erfolgt das Ermitteln des korrigierten Luftmassenstromwerts durch Subtraktion des Korrekturluftmas ¬ senstromwerts vom Luftmassenstromwert . Aus dieser Subtraktion werden die vom Luftmassenmesser ermittelten Signale und die daraus errechneten Luftmassenstromwerte dahingehend korrigiert, dass der am ersten Zeitpunkt vorliegende Luftmassenstromfehler berücksichtigt wird und bei der Auswertung der Signale des Luftmassenstrommessers während dem Betrieb der Brennkraftma ¬ schine einfließen. Folglich kann der tatsächliche Luftmas- senstromwert genauer bestimmt werden, was die Steuerung der Brennkraftmaschine weiter verbessern kann, insbesondere be ¬ züglich einer Abgasrückführungssteuerung.

In einem bevorzugten Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Luftmassenstromwerts einer Brennkraftmaschine wird lediglich ein vorbestimmter Anteil des Korrekturluftmassenstromwerts vom Luftmassenstromwert subtrahiert. Bei einer Subtraktion des vollständigen Korrekturmassenstromwerts liegt eine Überkom- pensierung des Fehlers vor. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der vorbestimmte Anteil des Korrekturluftmassenstromwerts in einem Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 99 %, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 70 % bis ungefähr 95 %, liegt . In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der vorbestimmte Anteil des Korrekturluftmassenstromwerts beispielsweise von der Sensitivität und/oder der Rohkennlinie des Luftmassenmessers abhängig. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann nach einer Kalibrierung des Luftmassenmessers ein entsprechendes Protokoll für die Brennkraftmaschinensteuerung erzeugt werden, welches den dazugehörigen, von der Kalibrierung abhängigen vorbestimmten Anteil (in Prozent) für den jeweiligen Luftmassenmesser anzeigen kann .

Vorzugsweise weist das Bestimmen der Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine ein Bestimmen auf, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde. Zusätzlich oder alternativ weist das Bestimmen der Kaltstartbedingung der Brennkraftma- schine ein Bestimmen auf, dass die Drehzahl der Brennkraft ¬ maschine bei null liegt und/oder ein Bestimmen auf, dass die Temperatur der Brennkraftmaschine (beispielsweise die Öl- oder Wassertemperatur der Brennkraftmaschine) unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt. Liegt beispielsweise die Öltemperatur der Brennkraftmaschine innerhalb eines Bereichs um die Umgebungslufttemperatur herum (beispielsweise! 10°C), so kann eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine ermittelt werden . Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Ausdruck „Luftmassenstromwert" einen Wert, der den im Einlasstrakt aktuellen Luftmassenstrom mit beispielsweise der Einheit [kg/h] anzeigt. Ferner bezeichnet der Ausdruck „Luftmassenstromoffset" einen vor einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ermittelten Luftmassenstromwert , der bei Ermittlung der während der Be ¬ triebsdauer der Brennkraftmaschine ermittelten Luftmassen- stromwerte berücksichtigt wird. Das heißt, dass der Luftmas- senstromoffset einen Korrekturwert bzw. Kalibrierwert des Luftmassenmessers bei keiner Luftmassenströmung darstellt. Die r

hierin beschriebenen Messsignale und Referenzsignale, die der Luftmassenmesser erzeugt, sind Signale, die von einer separaten Steuereinheit, beispielsweise der Steuereinheit der Brenn ¬ kraftmaschine, in einen entsprechenden Luftmassenstromwert umgerechnet werden. Beispielsweise stellen die Messsignale und Referenzsignale des Luftmassenmessers ein sogenanntes SENT (Single Edge Nibble Transmission) -Signal dar.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden unter nachfolgende Bezugnahme auf die einzige Zeichnung ersichtlich. Die Fig. 1 stellt beispielhaft ein Diagramm dar, in dem ein exemplarischer Luftmassenstrom einer Brennkraftmaschine gegenüber der Zeit aufgetragen ist.

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft drei Be ¬ triebsdauern 10, 20, 30 einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) darstellt. Während der drei Betriebsdauern 10, 20, 30 treten unterschiedliche Luftmassenströme und folglich unterschiedliche Luftmassenstromwerte innerhalb der Brennkraftmaschine auf.

Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten toi, an dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine noch null ist, und tio, an dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine wieder null ist, zeigt die erste Be ¬ triebsdauer 10 an. In ähnlicher Weise zeigen Zeitspannen zwischen den Zeitpunkten to2 und t 2 o bzw. zwischen den Zeitpunkten to 3 und t 3 o die zweite bzw. dritte Betriebsdauer 20, 30 an.

An einem ersten Zeitpunkt tu wird eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine erfasst. Beispielsweise wird bestimmt, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde und somit an diesem ersten Zeitpunkt tu nun ein Strom an einem in einem Einlasstrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Luftmassen ¬ messer (nicht gezeigt) anliegt. Der Luftmassenmesser ist dazu ausgebildet, ein Signal zu erzeugen, das den aktuellen Luft- massenstrom im Einlasstrakt der Brennkraftmaschine anzeigt. Beispielsweise liegt der erste Zeitpunkt tu ungefähr 200 ms vor dem Zeitpunkt toi, an dem die Brennkraftmaschine gestartet wird. Folglich wird am ersten Zeitpunkt tu ein erstes Referenzsignal vom Luftmassenmesser erzeugt und z. B. der Motorsteuerung bereitgestellt. Die Motorsteuerung kann aus dem am ersten Zeitpunkt tu erzeugten ersten Referenzsignal einen ersten Luftmassenstromoffset erzeugen. Der erste Luftmassenstromoffset ist ein Luftmassenstromwert , der den vom Luftmassenmesser fehlerhaft angezeigten Luftmassenstromwert darstellt. Der Luftmassenstromoffset wird üblicherweise in der Einheit [kg/h] angegeben . Während der ersten Betriebsdauer 10 erzeugt der Luftmassenmesser kontinuierlich Messsignale, die jeweils den aktuellen Luft ¬ massenstrom innerhalb des Einlasstrakts der Brennkraftmaschine anzeigen. Beispielsweise erzeugt der Luftmassenmesser an einem zweiten Zeitpunkt t 2 i, der ungleich dem ersten Zeitpunkt tu ist und in der ersten Betriebsdauer 10 liegt, ein Messsignal, das der Steuerung der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Die Steuerung ermittelt aus diesem Messsignal des Luftmassenmessers einen entsprechenden Luftmassenstromwert . Die Steuerung kann nun mit dem zuvor ermittelten ersten

Luftmassenstromoffset und dem ermittelten aktuellen Luftmas- senstromwert für den zweiten Zeitpunkt t 2 i einen korrigierten Luftmassenstromwert ermitteln. Dies erfolgt beispielsweise durch Subtraktion des ersten Luftmassenstromoffsets vom ak- tuellen Luftmassenstromwert .

Nachdem die Brennkraftmaschine abgestellt wurde, kann das Verfahren kurz vor einem erneuten Kaltstart der Brennkraftmaschine an einem weiteren ersten Zeitpunkt ti 2 ein neues Re- 0

o ferenzsignal erzeugen, aus dem die Motorsteuerung einen zweiten Luftmassenstromoffset ermitteln kann. Auch der weitere erste Zeitpunkt ti 2 liegt kurz vor dem Kaltstart der Brennkraftmaschine der zweiten Betriebsdauer 20 am Zeitpunkt to 2 , beispielsweise 200 ms vor dem Zeitpunkt to 2 . Während der zweiten Betriebsdauer 20 kann die Steuerung kontinuierlich, beispielsweise an einem weiteren zweiten Zeitpunkt t 22 , korrigierte Luftmassenstromwerte unter Berücksichtigung des zweiten Luftmassenstromoffsets ermitteln .

In ähnlicher Weise kann das Verfahren während der dritten Betriebsdauer 30 der Brennkraftmaschine vorgehen, wobei an einem weiteren ersten Zeitpunkt ti3 ein drittes Referenzsignal vom Luftmassenmesser erzeugt wird, aus dem ein dritter Luftmas- senstromoffset ermittel wird. Am weiteren zweiten Zeitpunkt t 2 3 kann dann unter Berücksichtigung des dritten Luftmassen- stromoffset ein korrigierter Luftmassenstromoffset ermittelt werden . Vorzugsweise ist das vorliegende Verfahren dazu ausgebildet, aus den drei Luftmassenstrommassenoffsets , die an den drei ersten Zeitpunkten tu, ti 2 , ti3 ermittelt worden sind, einen Korrek- turluftmassenstromwert zu ermitteln und diesen Korrektur- luftmassenstromwert in den jeweiligen Betriebszyklus 10, 20, 30 anstelle des jeweiligen Luftmassenstromoffsets zur Ermittlung des korrigierten Luftmassenstromwerts an den zweiten Zeitpunkten t 2 i, t 22 , t 23 verwenden.

In einer weiteren Ausgestaltung kann jeweils der vollständige Luftmassenstromoffset bei der Ermittlung des korrigierten

Luftmassenstromwerts an den zweiten Zeitpunkten t 2 i, t 22 , t 2 3 verwendet werden, d. h. 100% des jeweiligen Luftmassenstromoffsets. Dies kann jedoch jeweils zu einer Überkompensierung des Fehlers führen. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass lediglich ein vorbestimmter Anteil des j eweils ermittelten Luftmassen- stromoffsets bei der Ermittlung des korrigierten Luftmassen- Stromwerts berücksichtigt, beispielsweise subtrahiert, wird, Der vorbestimmte Anteil liegt z. B. bei ungefähr 80% des je- weiligen Luftmassenstromoffsets .

In gleicher Weise kann das Verfahren dazu ausgebildet sein, den aus den mehreren Luftmassenstromoffsets ermittelten Korrekturluftmassenstromwert bei der Ermittlung des korrigierten Luftmassenstromwerts nur anteilig berücksichtigen, bei ¬ spielsweise mit ungefähr 90 %.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die ermittelten Luftmassen- stromoffsets dahingehend ausgewertet werden, dass, falls ein ermittelter Luftmassenstromoffset um einen vorbestimmten Wert, z. B. um mehr als 50 %, vom ermittelten Korrekturluftmassen- stromwert abweicht, dieser ermittelte Luftmassenstromoffset nicht in die kontinuierliche Ermittlung des Korrekturluft- massenstromwerts einfließt. Folglich wird ein solcher abwei ¬ chender Luftmassenstromoffset nicht abgespeichert. Wenn der aus mehreren Luftmassenstromoffsets ermittelte Korrekturluftmas ¬ senstromwert beispielsweise ungefähr 5 kg/h beträgt, jedoch ein erneut ermittelter Luftmassenstromoffset ungefähr 8 kg/h be ¬ trägt, kann das Verfahren dazu ausgebildet sein, diesen ab ¬ weichenden Luftmassenstromoffset bei der kontinuierlichen Mittelung zum Bestimmen des Korrekturluftmassenstromwerts nicht einfließen zu lassen.