DE10038340A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von einer ersten Größe, die die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe, die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zugemessen wird, charakterisiert, wird eine dritte Größe, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert, bestimmt. Ferner wird ausgehend von einer vierten Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte Größe, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakterisiert, bestimmt. Die dritte Größe und die fünfte Größe werden zur Fehlerüberwachung ausgewertet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Aus der DE 40 33 049 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überprüfung eines Sensors zur Erfassung der Position ei
nes Mengenstellwerks und des Mengenstellwerks bekannt. Bei
dem dort beschriebenen Verfahren wird bei stromlos geschal
tetem Mengenstellwerk überprüft, ob ein Nadelbewegungsfühler
oder ein entsprechender Sensor ein Ausgangssignal liefert.
Desweiteren sind Verfahren bekannt, bei dem verschiedene Si
gnale miteinander plausibilisiert werden.
Insbesondere bei der Verwendung eines Einspritzmengensignals
ist die Plausibilisierung mit anderen Signalen problema
tisch, da bei heutigen Systemen häufig Einspritzungen erfol
gen, die keinen Beitrag zum Moment der Brennkraftmaschine
beitragen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Vorein
spritzungen, die vor der eigentlichen Einspritzung erfolgen
und Nacheinspritzungen, die insbesondere zur Abgasbehandlung
oder zur Regeneration von Filtern und/oder Katalysatoren
verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird ausgehend von einer ersten Größe, die
die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe,
die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zugemes
sen wird, charakterisiert, eine dritte Größe, die das von
der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakteri
siert, bestimmt. Ausgehend von einer vierten Größe, die den
Fahrerwunsch charakterisiert, wird eine fünfte Größe, die
das vom Fahrer gewünschte Moment charakterisiert, bestimmt.
Die dritte Größe und die fünfte Größe werden zur Fehlerüber
wachung ausgewertet. Durch diese erfindungsgemäße Vorgehens
weise ist eine sichere und genaue Fehlererkennung, insbeson
dere im Bereich der Kraftstoffzumessung und/oder der Erfas
sung des Fahrerwunsches möglich. Besonders vorteilhaft hier
bei ist, das die zweite Größe, die die Winkelstellung der
Kurbelwelle oder der Nockenwelle bei der Einspritzung cha
rakterisiert, berücksichtigt wird. Dadurch lässt sich der
Einfluß des eingespritzten Kraftstoffes auf das von der
Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment berücksichtigen.
Als zweite Größe wird vorzugsweise der Sollwert oder Istwert
des Einspritzbeginn, des Förderbeginns, des Ansteuerbeginns
oder einer anderen entsprechenden Größe verwendet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als erste Größe die An
steuerdauer einer Endstufe eines Magnetventils oder eines
Piezoaktors verwendet wird. Durch die Verwendung der Ansteu
ersignale für die Endstufe kann die Funktionsfähigkeit der
gesamten Steuereinheit überprüft werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vierte Größe der Po
sition eines Bedienelements entspricht. Dadurch sind auch
Fehler im Bereich der Verarbeitung des Ausgangssignale des
Bedienelements erkennbar.
Vorteilhaft ist, wenn ein Fehler erkannt wird, wenn die
dritte Größe und die fünfte Größe um mehr als ein Schwellen
wert voneinander abweichen. Durch diese Vorgehensweise sind
Fehler im gesamten Signalpfad der Steuerung erkennbar. Dies
sind insbesondere Fehler im Bereich der Auswertung der Ein
gangsgrößen, der Berechnung und der Bestimmung der Ausgangs
größen.
Dadurch dass die Fehlerüberwachung nur in bestimmten Be
triebszuständen erfolgt kann zum einen der Aufwand reduziert
werden. Ferner ist eine präzisiere Fehlererkennung möglich,
da in Zuständen in denen keine eindeutigen Ergebnisse ge
winnbar sind, keine Fehlererkennung erfolgt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen die
Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am
Beispiel der Steuerung einer Dieselbrennkraftmaschine be
schrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber
nicht auf die Verwendung bei einer Dieselbrennkraftmaschine
beschränkt. Sie kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen
eingesetzt werden, bei denen ein Zusammenhang zwischen der
eingespritzten Kraftstoffmenge und Moment der Brennkraftma
schine besteht, bzw. bei den Systemen, bei denen ein defi
nierter Zusammenhang zwischen der Einspritzmenge und einer
anderen zu überwachenden Größe besteht.
Die Fig. 1 zeigt die wesentlichen Elemente der Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Ein Stellglied ist
mit 100 bezeichnet. Dieses Stellglied 100 bestimmt die in
die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge.
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Magnetventil
oder um einen Piezoaktor. Abhängig von der Dauer eines An
steuersignals mißt das Stellglied der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine eine bestimmte Kraftstoffmenge zu.
Das Stellglied 100 wird von einer als TPU bezeichneten Ein
heit 110 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Hierbei liefert
die TPU Signale, die den Einspritzbeginn, das Einspritzende
festlegen. Eine nicht dargestellte Endstufe in dem Stell
glied setzt diese in Ansteuersignale zur Ansteuerung ver
schiedener Schaltmittel um.
Hierzu wird die TPU 110 von einer Steuerung 120 mit entspre
chenden Signalen beaufschlagt. Die Steuerung 120 verarbeitet
Sensorsignale verschiedener Sensoren 130, die beispielsweise
Signale bezüglich des Fahrerwunsches FP, der Drehzahl N der
Brennkraftmaschine und andere Betriebskenngrößen oder Um
weltgrößen liefern.
Desweiteren ist eine Überwachung 140 vorgesehen, der die
Ausgangssignale verschiedener Sensoren sowie die Ausgangs
signale der TPU zugeleitet werden. Die Überwachung 140 be
aufschlagt die Steuerung 120 und bei einer vorteilhaften
Ausgestaltung eine Anzeige 150 mit entsprechenden Signalen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Anzeige 150
von der Steuerung 120 angesteuert wird.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Ausgehend von ver
schiedenen Betriebskenngrößen, wie insbesondere der Drehzahl
der Brennkraftmaschine und dem Fahrerwunsch berechnet die
Steuerung 120 den Zeitpunkt, bei dem die Einspritzung erfol
gen soll, und die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Die ein
zuspritzende Kraftstoffmenge wird dann von dem Stellglied
100 der Brennkraftmaschine zugemessen und führt zu einem
entsprechenden Moment.
Neben der Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung des Moments zu
gemessen wird, werden bei jedem oder bei einzelnen Zumeßzy
klen zusätzliche Kraftstoffmengen zugemessen. So kann bei
spielsweise vorgesehen sein, dass zur Geräuschreduzierung
vor der eigentlichen Kraftstoffzumessung eine Voreinsprit
zung erfolgt. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass nach
der eigentlichen Einspritzung eine Nacheinspritzung erfolgt.
Die Nacheinspritzung dient unter anderem zur Einbringung von
Kohlenwasserstoffen in die Abgase, die wiederum eine Tempe
raturerhöhung der Abgase bewirken. Desweiteren können diese
Kohlenwasserstoffe in einem der Brennkraftmaschine nachge
schalteten Katalysator oder Partikelfilter Reaktionen her
vorrufen, die erforderlich sind, um den Katalysator und/oder
den Partikelfilter funktionsfähig zu halten.
Insbesondere die Nacheinspritzungen, die für ein Abgasnach
behandlungssystem erforderlich sind, tragen nicht zumabge
gebenen Moment der Brennkraftmaschine bei. Weitere Teilein
spritzungen tragen nur im verminderten Umfang zum Drehmoment
bei.
Die Überwachung 140 verarbeitet die Eingangssignale der
Steuerung 120. Insbesondere liest die Überwachung 140 die
Werte des Fahrpedalstellungsgebers ein. Hierbei handelt es
sich insbesondere um das Ausgangssignal eines AD-Wandlers
des Fahrpedalgebers 130. Desweiteren wertet die Überwachung
140 den letzten erfaßbaren Wert, beispielsweise die Ansteu
erdauer aus und berechnet vorzugsweise unabhängig von der
normalen Mengensteuerung, ob diese Werte plausibel sind.
Nimmt beispielsweise die Fahrpedalstellung einen großen Wert
und das Ansteuerdauersignal einen großen Wert an, so wird
dies als plausibler Wert erkannt.
Eine solche Vorgehensweise erfordert an die Einspritzanlage
angepaßte Vorgehensweise, da die Überwachung 140 berücksich
tigten muß, ob bei den entsprechenden Betriebszuständen,
beispielsweise eine Nacheinspritzung erfolgt. Dies führt da
zu, dass die Überwachung 140 und dort insbesondere die Plau
sibilisierung individuell auf das Einspritzsystem anzupassen
ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass unabhängig vom Ein
spritzsystem über eine definierte Schnittstelle die Daten
jeder Einspritzung über 720 Grad Kurbelwelledrehwinkel be
reitgestellt werden. Hierzu wird für jeden Zylinder und für
jede Einspritzung eine Größe abgespeichert, die der einge
spritzten Menge und eine andere Größe, die die Winkelstel
lung, bei der die Einspritzung erfolgt ist. Mit dieser In
formation ist es möglich, die im Zylinder gebildeten Momente
zu bestimmen und mit anderen Eingangsgrößen zu plausibili
sieren.
Durch die Bereitstellung einer einheitlichen Schnittstelle
muß nur die Ermittlung der Lage und der Menge an Kraftstoff
menge speziell an das Einspritzsystem angepaßt werden. Die
Überwachung auf Plausibilität kann für alle Systeme gleich
artig erfolgen. Desweiteren werden die erfaßten Daten zur
Berechnung der aktuellen Motorleistung ausgehend von der
Winkelstellung der Kurbelwelle, der Kraftstoffmenge bestimmt.
Die Überwachung ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt.
Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind in Fig. 2 mit
entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal
der TPU 110 gelangt zu einer Tabelle 200 und von dort zu ei
ner Momentenbestimmung 210. Das Ausgangssignal der Momenten
bestimmung 210 gelangt über eine Momentensummation 220 zu
einer Logik 230, die wiederum ein entsprechendes Ausgangs
signal zur Anzeige 150 bzw. zur Steuerung 120 liefert. Am
zweiten Eingang der Logik 230 liegt das Ausgangssignal eines
Momentenkennfeldes 240, dem als Eingangsgröße die Ausgangs
signale FP und N der Sensoren 130 zugeleitet werden.
Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt. Die Schätzung des in
dizierten Moments basiert auf einer Größe, die die Ein
spritzmenge, die zugemessen wurde, charakterisiert und einer
Größe, die die Winkelstellung, bei der die Kraftstoffmenge
zugemessen wird, charakterisiert. Vorzugsweise werden hierzu
aus den entsprechenden Registern der TPU 110 der Einspritz
beginn und die Einspritzdauer ausgelesen. Anstelle der Ein
spritzdauer kann auch der entsprechende Einspritzwinkel ver
wendet werden. Der Einspritzbeginn gibt den Zeitpunkt bzw.
die Winkelstellung der Kurbelwelle an, bei dem die Einsprit
zung erfolgt. Die Einspritzdauer definiert die Dauer der
Einspritzung bzw. der Winkel, der während der Einspritzung
überstrichen wird.
Dabei können aus der TPU die tatsächlichen Einspritzbeginne
und Einspritzdauern, oder die Zeitpunkte oder die Winkel
stellungen, bei denen die Ansteuerung des Stellgliedes er
folgt, ausgelesen werden. Ausgehend von der Einspritzdauer
wird eine Kraftstoffmenge bestimmt. Bei der Bestimmung der
Menge aus der Ansteuerdauer wird beispielsweise berücksich
tigt, dass die Ansteuerung des Stellgliedes länger ist als
die tatsächliche Einspritzung. Die für jede Einspritzung er
mittelte Kraftstoffmenge wird für jeden Zylinder getrennt
zusammen mit dem Ansteuerbeginnwinkel in die Tabelle 200
eingetragen. Diese Tabelle enthält alle Einspritzereignisse
eines Zylinders über 720 Grad Kurbelwelle. Als Identifizie
rungsmerkmal ist zusätzlich die Zylindernummer in der Tabel
le abgelegt. Zur Sicherstellung der Datenintegrität wird ein
Zähler mitgeführt, der jeweils beim Beschreiben der Tabelle
mit dem letzten Ereignis erhöht wird. Für jeden Zylinder
wird eine Botschaft mit dem Tabellenlayout angelegt, die
durch das Betriebssystem verwaltet wird. Damit sind Zu
griffskonflikte durch gleichzeitige Bearbeitung ausgeschlos
sen. Weiterhin ist eine Anpassung des Speicherbedarfs an die
benötigte Zylinderzahl problemlos möglich. Die Ermittlung
der Einspritzmenge sowie des zugeordneten Spritzbeginns er
folgt in der Tabelle vorzugsweise winkelsynchron.
Die Tabelle 200 bildet die Schnittstelle zwischen der Steue
rung und der Überwachung. Dabei ist die Botschaft mit dem
Tabellenlayout für alle Einspritzsysteme gleich.
In der Momentenbestimmung 210 wird aus diesen Daten für je
den Zylinder ein indiziertes Moment berechnet und der Momen
tensummation 220 weitergeleitet. Die Momentensummation 220
berechnet zeitsynchron über alle Zylinder aufsummierte indi
zierte Momente.
Am Ausgang der Momentensummation 220 steht dann über ein Ab
tastzeitraum ermitteltes indiziertes Moment zur Verfügung.
Parallel hierzu wird ausgehend von der Fahrpedalstellung FP
und der Drehzahl N mittels eines Momentenkennfeldes 240 eine
Größe bestimmt, die den Fahrerwunsch charakterisiert. Diese
Größe und die Größe, die das indizierte Moment charakteri
siert werden von der Logik 230 auf Plausibilität überprüft
und bei Abweichung auf Fehler erkannt und vorzugsweise eine
entsprechende Anzeige 150 angesteuert.
Anstelle des Momentenkennfeldes 240 kann auch eine Berech
nung mittels einer Formel erfolgen. Desweiteren können auch
andere Größen oder weitere Größen neben der Fahrpedalstel
lung und der Drehzahl verwendet werden.
In Fig. 3 ist die Vorgehensweise anhand eines Flussdia
gramms dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird das
Sollmoment MS ausgehend von der Drehzahl und der Fahrpedal
stellung FP berechnet. Eine sich anschließende Abfrage 310
überprüft, ob Betriebszustände vorliegen, in denen eine
Plausibilisierung möglich ist. Ist dies nicht der Fall, so
erfolgt erneut Schritt 300.
Liegt ein solcher Betriebszustand vor, so wird in Schritt
320 das indizierte Moment für jeden einzelnen Zylinder be
stimmt. Hierzu wird die Ansteuerdauer mit dem Kurbelwellen
winkel gewichtet und so das indizierte Moment pro Einsprit
zung bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt vorzugsweise für je
de Teileinspritzung, also sowohl für die Vor-, für die
Haupt- und auch die Nacheinspritzung. Kraftstoffmengen, die
bei der Nacheinspritzung zugemessen werden, werden vorzugs
weise mit dem Wert Null gewichtet, da sie keinerlei Beitrag
zum Moment liefern. Ansteuerdauer, Haupteinspritzung und der
Voreinspritzung werden gemäß einer vorgebbaren Funktion das
indizierte Moment der jeweiligen Einspritzung bestimmt.
Im anschließenden Schritt 330 werden die einzelnen indizier
ten Momente über mehrere Teileinspritzungen und vorzugsweise
und/oder über mehrere Zylinder aufintegriert und daraus das
Istmoment MI ermittelt. Anschließend wird in Schritt 340 der
Betrag der Differenz zwischen dem Sollmoment MS und dem Ist
moment MI berechnet. Die sich anschließende Abfrage 350
überprüft, ob der Betrag der Momentendifferenz MD größer als
ein Schwellenwert SW ist. Ist dies nicht der Fall, so er
folgt erneut Schritt 300.
Ist der Betrag MD der Momentendifferenz größer als ein
Schwellenwert, wird in Schritt 360 auf Fehler erkannt. Der
Schwellenwert SW ist so gewählt, dass mögliche Toleranzen
bei der Bestimmung des Moments nicht zu einer Fehlerauslö
sung führen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei der
ausgehend von einer ersten Größe, die die Einspritzmenge
charakterisiert, und einer zweiten Größe, die die Winkel
stellung, bei der die Einspritzmenge zugemessen wird,
charakterisiert, eine dritte Größe, die das von der
Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakteri
siert, bestimmt wird, dass ausgehend von einer vierten
Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte
Größe, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakteri
siert, bestimmt wird, dass die dritte Größe und die fünf
te Größe zur Fehlerüberwachung ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Größe der Ansteuerdauer einer Endstufe oder
insbesondere eines Magnetventils oder eines Piezoaktors
entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Größe der Winkelstellung der Kurbelwelle
entspricht bei der die Einspritzung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, das die vierte Größe der Position eines
Bedienelements entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn die
dritte Größe und die fünfte Größe um mehr als ein Schwel
lenwert voneinander abweichen.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fehlerüberwachung nur in be
stimmten Betriebszuständen erfolgt.
7. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit
Mitteln, die ausgehend von einer ersten Größe, die die
Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe,
die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zuge
messen wird, charakterisiert, eine dritte Größe, die das
von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charak
terisiert, bestimmen, und die ausgehend von einer vierten
Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte
Größe, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakteri
siert, bestimmen, und die die dritte Größe und die fünfte
Größe zur Fehlerüberwachung auswerten.
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