DE10004001A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Regelung/Steuerung, die die Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflusst, beschrieben. Abhängig von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine wird eine Mengengröße, die die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgegeben. Ausgehend von einer ersten Größe, die die Wirkung der eingespritzten Kraftstoffmenge charakterisiert, ist das Verhalten der Regelung/Steuerung beeinflussbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegrif­ fen der unabhängigen Ansprüche.

Bei der Steuerung von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen, tragen verschiedene Drehzahlrege­ lungen zum Fahrkomfort bei. Beispiele für solche Drehzahl­ regler sind ein Leerlaufregler, ein Ruckeldämpfer, eine Laufruheregelung und/oder eine Mengenausgleichsregelung. Stellgröße aller dieser Regler ist die Einspritzmenge. Ins­ besondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist im Normalbetrieb die Einspritzmenge näherungsweise propor­ tional dem Drehmoment, das der Brennkraftmaschine zur Verfü­ gung steht. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Reglerwirk­ samkeit aus.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl ist beispielsweise aus der DE 195 27 218 bekannt. Diese Re­ gelung/Steuerung beeinflusst die Drehzahl der Brennkraftma­ schine, wobei abhängig von wenigstens einem Drehzahlwert eine Größe, die die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgegeben wird.

Zur Reduktion der Emissionen werden insbesondere bei Diesel- Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungskonzepte verwendet. Solche Abgasnachbehandlungskonzepte beinhalten unter anderem sogenannte NOx-Speicherkatalysatoren sowie Partikelfilter. Solche Abgasnachbehandlungssysteme erfordern Eingriffe in die Kraftstoffeinspritzung. Dabei wird die Einspritzmenge, der Spritzbeginn sowie die Aufteilung der Einspritzmenge auf eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und ggf. eine Nacheinspritzung abhängig von der Steuerung des Abgasnachbe­ handlungssystems aufgeteilt. Ferner kann das Abgasnachbe­ handlungssystem die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine im Sinne einer Reduktion der Luftmenge bzw. eine Verringerung des Lambdawertes des Abgases beeinflussen.

Ein solches Abgasnachbehandlungssystem ist beispielsweise aus der DE 195 47 646 bekannt. Dort wird zusätzlich Kraft­ stoff zugemessen, wobei der zusätzliche Kraftstoff im Abgas­ nachbehandlungssystem zur Reduktion von Stickoxyden bei­ trägt.

Die Eingriffe der Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems können sich sehr stark auf die Drehzahlregelung auswirken, da in diesem Fall die Grundvoraussetzung für den Regler, dass die Menge proportional zum Drehmoment ist, nicht oder nicht mehr in derselben Weise wie beim üblichen Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine erfüllt ist. Eine einfache Ab­ schaltung der Drehzahlregler kann zum einen zu einer erheb­ lichen Komforteinbuße und zum anderen zu erhöhten Abgasemis­ sionen führen.

Desweiteren ist aus der DE 40 28 809 (US 5,313,855) ein Sy­ stem bekannt, bei dem mehrere Teilsysteme auf die Kraftstoffzumessung einwirken. Dabei werden in einzelnen Teilsy­ stemen unterschiedliche Prioritäten zugeordnet.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann die Beein­ trächtigung des Fahrkomforts durch die Eingriffe des Abgas­ nachbehandlungssystems deutlich reduziert werden. Die Aus­ wirkungen von Eingriffen anderer Systeme auf die Kraftstof­ feinspritzung auf die Drehzahlregelung kann deutlich redu­ ziert werden. Kenntnisse über den Eingriff des Abgasnachbe­ handlungssystems oder der anderen Systeme auf die Kraft­ stoffzumessung sind bei der Korrektur im Drehzahlregler nicht erforderlich. D. h., die Ursachen der Beeinträchtigung müssen beim Drehzahlregler nicht bekannt sein.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehenswei­ se.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel der Steuerung einer Diesel-Brennkraftmaschine be­ schrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf die Anwendung bei Diesel-Brennkraftmaschinen beschränkt, sie kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen ein­ gesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird am Beispiel eines Abgasnachbehandlungssystems beschrieben. Das Abgasnachbe­ handlungssystem greift in die Mengen- und/oder Luftsteuerung derart ein, dass das Verhältnis zwischen eingespritzter Kraftstoffmenge und Drehmoment nicht mehr konstant ist. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese An­ wendung beschränkt. Sie kann auch bei anderen Systemen, die einen entsprechenden Eingriff durchführen, eingesetzt wer­ den.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Eine Brennkraftmaschine ist mit 100 bezeichnet. An dieser ist ein Drehzahlsensor 105 angeordnet. Der Brennkraftmaschine 100 wird über einen Men­ gensteller 110 Kraftstoff zugemessen. Die Kraftstoffzumes­ sung erfolgt abhängig von einer Mengenaufteilung 115, die den Mengensteller 110 ansteuert. Die Mengenaufteilung 115 verarbeitet das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 120 an dessen ersten Eingang das Ausgangssignal eines Verknüp­ fungspunktes 125 anliegt. An dem ersten Eingang des Verknüp­ fungspunktes 125 liegt das Ausgangssignal einer Fahrerwun­ schermittlung 130 an, der als Eingangsgröße wenigstens das Ausgangssignal eines Fahrpedalgebers 135 zugeleitet wird. Dieser Fahrpedalgeber 135 liefert ein Signal, das den Fah­ rerwunsch charakterisiert. Anstelle eines Fahrpedals kann auch ein E-Gas-System oder andere Mittel, die ein Signal liefern, das den Fahrerwunsch charakterisiert, verwendet werden.

Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 125 liegt das Ausgangssignal eines Drehzahlreglers 140, der von dem Aus­ gangssignal N des Drehzahlsensors 105 beaufschlagt wird. Anstelle und/oder ergänzend für den Drehzahlregler kann auch ein Laufruheregler, eine Mengenausgleichsregelung vorgesehen sein. Der Begriff Drehzahlregler 140 ist in dem Sinne zu verstehen, dass ausgehend von einem Drehzahlsignal eine Kraftstoffmenge als Stellgröße bestimmt wird. Insbesondere kann der Drehzahlregler 140 auch als Steuerung ausgebildet sein.

Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 120 liegt das Ausgangssignal einer Abgasnachbehandlung 150, die zusätzlich eine Luftsteuerung 145 sowie die Mengenaufteilung 115 mit Signalen beaufschlagt. Die Luftsteuerung 145 beaufschlagt einen Luftsteller 120, der die der Brennkraftmaschine zuge­ führte Luftmenge beeinflusst. An Stelle der Abgasnachbehand­ lung 150 können auch andere Systeme treten, die die Kraft­ stoffmenge und/oder die Luftmenge beeinflussen.

Die Funktionsweise dieser Elemente sind üblicherweise be­ kannt. Über das Fahrpedal 135 gibt der Fahrer einen Fahrer­ wunsch vor, der von der Fahrerwunschermittlung 130 in eine Kraftstoffmenge umgesetzt wird. Die Mengenaufteilung 115 teilt diese Kraftstoffmenge in wenigstens eine Teileinsprit­ zung auf. Im Normalbetrieb wird die gesamte Kraftstoffmenge vorzugsweise mittels einer Teileinspritzung zugemessen. Bei neueren Systemen kann vorgesehen sein, dass zur Geräuschmi­ nimierung in bestimmten Betriebszuständen die Einspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung aufge­ teilt wird.

Der Drehzahlregler 140 gewährleistet, dass die Drehzahl nicht unter eine Mindestdrehzahl abfällt. Desweiteren bein­ haltet der Drehzahlregler 140 verschiedene Funktionen, wie einen Ruckeldämpfer, ein Laufruheregler oder eine Mengenaus­ gleichsregelung. Üblicherweise sind die Drehzahlregler 140 derart ausgelegt, dass eine bestimmte Stellgröße, die einer bestimmten Kraftstoffmenge entspricht, eine bestimmte Momen­ tenänderung an der Brennkraftmaschine zur Folge hat.

Neuere Systeme sind mit einem Abgasnachbehandlungssystem 150 ausgerüstet. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Regeneration eines Speicherkatalysators und/oder eines Rußfilters oder eines anderen Abgasnachbehandlungssystems bei einer bestimmten Zeit in bestimmten Betriebsbedingungen die Steuerung der Brennkraftmaschine so erfolgen, dass die Luftzahl Lambda kleiner 1 ist. Dies bedeutet, im Zylinder befindet sich ein fettes Gemisch. Dies wiederum hat zur Fol­ ge, dass ein Teil des Kraftstoffes unverbrannt in den Abgas- Trakt gelangt und dort im Abgasnachbehandlungssystem rea­ giert. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass von der Men­ genaufteilung 115 ein Teil der eingespritzten Kraftstoffmen­ ge nach der eigentlichen Kraftstoffzumessung als Nachein­ spritzung zugemessen wird. Auch dieser Kraftstoff gelangt unverbrannt in den Abgas-Trakt. Diese Effekte haben zur Fol­ ge, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge und das abgegebe­ ne Drehmoment nicht mehr proportional zueinander sind.

Um seinen Sollwert aufrechtzuerhalten, muss der Drehzahlreg­ ler 140 eine erhöhte Kraftstoffmenge einspritzen. Die genaue Mengenvorgabe durch den Drehzahlregler ist nur dann möglich, wenn die genauen Zusammenhänge des Abgasnachbehandlungssy­ stems und die Wirkungsweise bekannt sind.

Um dies zu vermeiden ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Größe, die im Folgenden als Durchgriff bezeichnet wird, definiert wird. Hierbei handelt es sich um das Verhältnis zwischen Drehmoment und Einspritzmenge. Der normierte Durch­ griff D ergibt sich durch Division des Durchgriffs durch ei­ nen Wert des Durchgriffs der im Normalbetrieb vorliegt. Als Normalbetrieb wird der übliche Betriebszustand des Dieselmo­ tors bei Luftüberschuss, also bei einem Lambdawert größer als 1 bezeichnet. Im Folgenden wird der normierte Durchgriff als Mengendurchgriff D bezeichnet.

Im Normalbetrieb ist der Mengendurchgriff D = 1. Im Fettbe­ trieb, d. h. bei Lambda kleiner, 1 nimmt der normierte Men­ gendurchgriff D Werte kleiner als 1 an. Im Extremfall wird der Wert D zu 0. Dies bedeutet, der Drehzahlregler besitzt keine Wirkung auf das Drehmoment mehr. Dies entspricht einer Auftrennung des Drehzahlregelkreises. Erfindungsgemäß be­ rücksichtigt der Drehzahlregler den Mengendurchgriff D. Da­ bei ist die Berücksichtigung des Mengendurchgriffs D unab­ hängig davon, auf welche Ursache der geänderte Mengendurch­ griff zurückgeht.

Im Normalbetrieb nimmt der Mengendurchgriff D den Wert 1 an. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch bei Werten, die ge­ ringfügig kleiner als 1 sind, der Normalbetrieb erfolgt. Dies bedeutet, daß in einem ersten Wertebereich des Mengen­ durchgriffs der Normalbetrieb erfolgt.

Ist der Mengendurchgriff D = 0, d. h., der Drehzahlregler hat keinen Momenteneingriff mehr, wird der Drehzahlregler auf geeignete Weise abgeschaltet bzw. eingefroren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Regler mit integralem Verhalten wie beispielsweise bei der Mengenausgleichsregelung oder der Laufruheregelung der I-Anteil des Reglers eingefroren wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch bei Werten, die ge­ ringfügig größer als 0 sind entsprechende Massnahmen erfol­ gen. Dies bedeutet, dass in einem zweiten Wertebereich des Mengendurchgriffs der Drehzahlregler 140 abgeschaltet wird.

Ist der Mengendurchgriff größer 0 und kleiner gleich 1, be­ sitzt der Drehzahlregler über die Einspritzmenge noch einen Momenteneingriff. Dieser kann jedoch gegenüber dem Normalbe­ trieb abgeschwächt sein. Erfindungsgemäß kompensiert der Regler diesen verminderten Mengendurchgriff durch Anpassen der Reglerparameter. Beispielsweise werden bei einem PI- Regler die entsprechenden Konstanten gegenüber dem Normalbe­ trieb angehoben. Dies bedeutet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Wertebereich das Verhalten der Drehzahlregelung 140 derart verändert wird, dass die abgeschwächte Wirkung der eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird.

Hierzu ist vorgesehen, dass eine Mengendurchgriffsbestimmung 160 den Drehzahlregler 140 mit einem entsprechenden Signal D beaufschlagt. Die Mengendurchgriffsbestimmung 160 erhält Si­ gnale von einem Lambdasensor 165 und/oder von der Mengenauf­ teilung 115.

Erfindungsgemäß wird der Mengendurchgriff D ausgehend von der Luftzahl Lambda bestimmt. Hierzu kann insbesondere ein Sensor 165 verwendet werden. Es ist aber auch möglich, die Luftzahl rechnerisch aus der Solleinspritzmenge und der Frischluftmenge zu bestimmen. Desweiteren kann die Luftzahl Lambda mittels eines Modells aus anderen Eingangsgrößen be­ stimmt werden.

Eine weitere Möglichkeit die Größe D zu bestimmen, besteht darin, ausgehend von der Aufteilung der Einspritzung in Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung den Mengendurchgriff D vorzugeben. Insbesondere wird der Mengendurchgriff auf Null gesetzt, wenn eine Nacheinspritzung erfolgt. Erfolgt keine Nacheinspritzung, so wird von einem D = 1 ausgegangen.

Desweiteren besteht die Möglichkeit, wenn entsprechende Sen­ soren vorhanden sind, D unmittelbar aus Einspritzmenge und Drehmoment zu bestimmen.

Der Drehzahlregler 140 berücksichtigen den Mengendurchgriff D durch Anpassen der Regelparameter. Um die Eingriffe durch die Abgasnachbehandlung 150 insbesondere in für die Dreh­ zahlregler kritische Situationen nach Möglichkeit zu vermei­ den, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Signal an die Abgasnachbehandlung 150 übermittelt wird, das sicherstellt, dass ein Mengendurchgriff wieder ermöglicht wird. Dies kann dadurch geschehen, dass die Abgasnachbehandlung 150 den Ein­ griff möglichst schnell zurücknimmt, bzw. einen beabsichtig­ ten Eingriff unterlässt.

Hierzu ist vorgesehen, dass ein Signal von dem Fahrpedal­ stellungsgeber 135 und Signalen von weiteren Sensoren 175 zu einer Prioritätsvorgabe 170 gelangen. Diese Prioritätsvorga­ be 170 beaufschlagt wiederum die Abgasnachbehandlung 150 mit einem entsprechenden Prioritätssignal.

So kann insbesondere vorgesehen sein, dass in einem Be­ triebszustand, in dem der Pedalwert, bzw. der Pedalwertgra­ dient einen sehr kleinen Wert annimmt, ein entsprechendes Prioritätssignal übermittelt wird, das einen entsprechenden Mengendurchgriff durch den Drehzahlregler ermöglicht. Da­ durch wird erreicht, dass der Leerlaufregler genügend Stell­ reserve aufweist, um die Brennkraftmaschine auf der Mindest­ drehzahl zu halten.

Desweiteren kann vorgesehen sein, dass ein Kupplungsschalter vorgesehen ist, der die Drehzahlregelung der Brennkraftma­ schine im ausgekuppelten Zustand gewährleistet.

Desweiteren kann vorgesehen sein, dass ein Signal, das die Gangstellung angibt, übermittelt wird. Dadurch wird ermög­ licht, dass in bestimmten Gängen, in denen vermehrt Ruc­ kelerscheinungen auftreten, der Ruckeldämpfer weiterhin Men­ gendurchgriff erhält.

Desweiteren sind weitere Größen möglich, die von der elek­ tronischen Getriebesteuerung bzw. dem automatischen Schalt­ getriebe bereitgestellt werden, die einen gewünschten Kraft­ schluss im Triebstrang charakterisieren. Dadurch wird ge­ währleistet, dass in bestimmten Betriebszuständen der Men­ gendurchgriff den Wert 1 oder einen Wert nahe 1 annimmt.

Dies bedeutet, durch das Prioritätssignal der Prioritätsvor­ gabe 170 wird erreicht, dass die Abgasnachbehandlung 150 ih­ ren Eingriff zurücknimmt und dadurch der Mengendurchgriff den Wert 1 annimmt.

In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vor­ gehensweise dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird der normierte Mengendurchgriff D ermittelt. Dies kann bei­ spielsweise dadurch erfolgen, dass in einem Kennfeld der Zu­ sammenhang zwischen einem Lambdawert, der mittels eines Lambdasensors erfasst wird und dem Wert D abgelegt ist. An­ schliessend überprüft die Abfrage 210, ob der normierte Men­ gendurchgriff D = 1 ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt die Abfrage 215. In ihr wird überprüft, ob der Mengendurch­ griff D = 0 ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 220 ein Zähler auf Null gesetzt. Anschliessend werden entspre­ chende Massnahmen durchgeführt. So wird zum Beispiel der I- Anteil des Drehzahlreglers eingefroren. D. h. der momentane Wert des Integrators wird abgespeichert.

Erkennt die Abfrage 215, dass der Mengendurchgriff D un­ gleich Null ist, so wird in Schritt 225 des Merkers M eben­ falls auf Null gesetzt. Desweiteren werden in Schritt 125 verschiedene Massnahmen eingeleitet, um den verminderten Mengendurchgriff zu kompensieren. D. h. insbesondere werden die Verstärkung des Proportionalanteils erhöht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abfrage 215 über­ prüft, ob der Mengendurchgriff D kleiner als ein Schwellen­ wert ist. Dadurch wird gewährleistet, dass bei sehr kleinen Werten des Mengendurchgriffs D entsprechende Massnahmen wie bei einem Mengendurchgriff von D = 0 eingeleitet werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Wert D fehler­ behaftet oder nur sehr ungenau ermittelt werden kann.

Erkennt die Abfrage 210, dass der Wert D = 1 ist, so wird in Schritt 230 überprüft, ob der Merker M = 0 ist. Der Merker M = 0 zeigt an, dass beim vorhergehenden Programmdurchlauf Sondermassnahmen eingeleitet wurden. Ist dies nicht der Fall, so setzt das Programm Normalbetrieb mit Schritt 240 fort. Ist der Wert M = 0 gesetzt, so werden in Schritt 235 die Massnahmen des vorhergehenden Programmlaufs zurückge­ setzt, d. h. dass beispielsweise der I-Anteil der verschiede­ nen Regler neu initialisiert wird, vorzugsweise werden die I-Anteile mit den abgespeicherten Werten initialisiert. Dies bedeutet, der I-Anteil wurde bei einem erkannten Wert von D = 0 oder kleiner als ein Schwellenwert eingefroren.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit ei­ ner Regelung/Steuerung, die die Drehzahl der Brennkraft­ maschine beeinflusst, wobei abhängig von, wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine eine Mengengrö­ ße, die die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgebbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ausgehend von einer ersten Größe, die die Wirkung der eingespritzten Kraftstoffmenge charakteri­ siert, das Verhalten der Regelung/Steuerung beeinflussbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Größe, die die Wirkung der eingespritzten Kraftstoffmenge charakterisiert, dem Verhältnis zwischen der Änderung der Mengengröße und der daraus resultieren­ den Änderung einer zweiten Größe, die das Moment der Brennkraftmaschine charakterisiert, entspricht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass in einem ersten Wertebereich der ersten Größe ein Normalbetrieb erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Wertebereich der ersten Größe der Regelung/Steuerung abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Regler eingefroren wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Wertebereich das Verhalten des Reglers/Steuerung derart verändert wird, dass die abgeschwächte Wirkung der eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die erste Größe ausgehend von dem Lambdawert und/oder von dem Verlauf der Einspritzung ermittelt wird.

8. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Regelung/Steuerung, die die Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine beeinflusst, mit Mitteln, die abhängig von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine eine Mengengröße, die die in die Brennkraftmaschine ein­ gespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgeben, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die ausge­ hend von einer ersten Größe, die die Wirkung der einge­ spritzten Kraftstoffmenge charakterisiert, das Verhalten der Regelung/Steuerung beeinflussen.