DE10152903B4

DE10152903B4 - Verfahren zur Berechnung von Einspritzzeitdauern für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10152903B4
Application number: DE10152903A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Schopp; Thilo Wiese
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: DE10152903A1

Abstract

Verfahren zur Berechnung von Einspritzzeitdauern (EP) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, der zeitweise in einem Homogenmodus mit homogener Gemischzusammensetzung und zeitweise in einem Schichtmodus mit geschichteter Gemischzusammensetzung betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mehrfach berechnet wird, und dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Homogenmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung von Einspritzzeitdauern für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, der zeitweise in einem Homogenmodus mit homogener Gemischzusammensetzung und zeitweise in einem Schichtmodus mit geschichteter Gemischzusammensetzung betreibbar ist.

Bei den gattungsgemäßen Verfahren steigen die Anforderungen hinsichtlich der erforderlichen Rechenleistung insbesondere bei mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Verbrennungsmotoren stark an. Selbst beim Einsatz von modernen 32-Bit-Controllern sind die Grenzen der Laufzeit insbesondere bei hohen Drehzahlen häufig erreicht. Dies ist beispielsweise dadurch begründet, dass sich bei mehrflutigen Abgasanlagen und/oder V-Motoren und/oder zylinderselektiver Lambdaregelung mehrere Einspritzzeitdauern ergeben, das heißt es werden pro Zylinder des Verbrennungsmotors jeweils unterschiedliche Einspritzzeitdauern berechnet. Der Einspritzbeginnwinkel variiert je nach Verbrennungsmodus und Lastzustand zwischen 360° und 40° Kurbelwelle vor dem oberen Zünd-Totpunkt. Aufgrund dieser Tatsache ist insbesondere bei mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Verbrennungsmotoren zum Berechnungszeitpunkt der Einspritzzeitdauern in vielen Fällen nicht klar, in welchen Zylinder als nächstes eingespritzt wird. Daher werden die Einspritzzeitdauern für alle Zylinder des Verbrennungsmotors mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mehrfach berechnet, unabhängig davon, ob der Verbrennungsmotor im Homogenmodus oder im Schichtmodus betrieben wird. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bereits bekannt, die Einspritzzeitdauern pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mit einer der Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors entsprechenden Häufigkeit zu berechnen. Die Berechnung der Einspritzzeitdauern, die durch an sich bekannte Algorithmen erfolgen kann, ist jedoch, insbesondere bei den vorstehend erläuterten Motorentypen, sehr komplex und daher zeitaufwendig.

Aus der DE 198 40 706 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 bekannt. Der 3 dieser Druckschrift ist zu entnehmen, dass im Schichtmodus die Betriebsgrößen für die Einspritzung und die Entzündung während eines Arbeitsspiels pro Zylinder nur einmal berechnet werden. Die Berechung erfolgt dabei für jeden Zylinder kurz bevor der ihm zugeordnete Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Ferner werden in dieser Druckschrift im Homogenmodus die Betriebsgrößen für die Einspritzung sowohl unmittelbar vor der Ansaugphase als auch während der Ansaugphase ermittelt. Nur wenn die während der Ansaugphase ermittelten Werte noch rechtzeitig vorliegen, werden diese verwendet. Anderenfalls werden die vor der Ansaugphase ermittelten Werte verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren derart weiterzubilden, dass die zur Berechnung der Einspritzzeitdauern einer optimierten Einspritzung erforderliche Rechenleistung im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden kann, unabhängig davon, welche speziellen Berechnungsalgorithmen zur Berechnung einer Einspritzzeitdauer verwendet werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mehrfach berechnet wird, und dass die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Homogenmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird. Diese Lösung ist möglich, weil im Homogenmodus in der Regel bekannt ist, in welchen Zylinder des Verbrennungsmotors als nächstes einzuspritzen ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass der Einspritzbeginnwinkel im Homogenmodus früher, beispielsweise zwischen 240° und 360° vor dem oberen Zünd-Totpunkt, als im Schichtmodus liegt, in dem der Einspritzbeginnwinkel beispielsweise zwischen 30° und 70° vor dem oberen Zünd-Totpunkt liegen kann. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine deutliche Verringerung der erforderlichen Rechenleistung erzielt, insbesondere wenn die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus bei höheren Drehzahlen pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mit einer der Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors entsprechenden Häufigkeit berechnet wird. Diese Vorgehensweise entspricht der gemäß dem Stand der Technik häufig verwendeten Vorgehensweise. Sofern jedoch die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur dann mit einer der Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors entsprechenden Häufigkeit berechnet wird, wenn relativ niedrige Drehzahlen vorliegen, ist die hierzu erforderliche Rechenleistung noch vertretbar. Dies ist dadurch begründet, dass die für die Berechnung der Einspritzzeitdauer erforderliche Zeit mit steigender Drehzahl abnimmt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Homogenmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird, wenn ein Drehzahlschwellenwert überschritten wird. Bei dem Drehzahlschwellenwert handelt es sich vorzugsweise um einen kalibrierbaren Drehzahlschwellenwert.

In diesem Zusammenhang sieht das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise weiterhin vor, dass der Drehzahlschwellenwert größer oder gleich der maximal möglichen Drehzahl für den Schichtmodus gewählt wird. Beispielsweise kann der Drehzahlschwellenwert im Bereich von 4000 Umdrehungen pro Minute liegen. Da vorzugsweise sichergestellt ist, dass die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors nur im Homogenmodus pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird, liegt der Drehzahlschwellenwert vorzugsweise etwas über der höchsten zulässigen Drehzahl für den Schichtmodus.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die zuletzt berechnete Einspritzzeitdauer die Einspritzzeitdauer des Zylinders des Verbrennungsmotors ist, in den als nächstes eingespritzt wird, wenn die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Berechnung der Einspritzzeitdauer auf aktuellen Berechnungsgrundlagen durchgeführt wird.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein einem Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors entsprechender Kurbelwellenwinkel durch die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors dividiert wird, um Segmente zu bilden, und dass die aneinandergereihten Segmente dem Kurbelwellenwinkel Null so zugeordnet werden, dass die Segmentgrenzen als Trigger zur Auslösung der Berechnung von einer oder mehreren Einspritzzeitdauern verwendbar sind. Beispielsweise entspricht ein Arbeitsspiel bei einem Viertakt-Sechszylinderverbrennungsmotors 720°, so dass ein Segment 120° entspricht. Die Segmentgrenzen können gegebenenfalls auf der Kurbelwelle und/oder auf mit dieser rotierenden Elementen zur Detektion geeignet kenntlich gemacht werden. Bei der Zuordnung der aneinandergereihten Segmente zum Kurbelwellenwinkel Null ist darauf zu achten, dass die zur Berechnung der Einspritzzeitdauern (und gegebenenfalls weiterer Größen) erforderliche Rechenzeit unter den jeweiligen Betriebsbedingungen, insbesondere bei den jeweiligen Drehzahlen, ausreichend ist, um die Einspritzung noch rechtzeitig durchführen zu können. Für die Betriebsweise, in der die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird, kann dabei tabellarisch festgelegt beziehungsweise gespeichert werden, in welchem Segment die Einspritzzeitdauer für welchen Zylinder berechnet werden muss.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass man eine deutliche Verringerung an erforderlicher Rechenleistung erreicht, indem man im homogenen Motorbetrieb beispielsweise tabellarisch festlegt, in welchem Segment welche Einspritzzeitdauer berechnet werden muss und dass diese Möglichkeit in der Regel nur oberhalb der maximal möglichen Drehzahl mit geschichteter Gemischzusammensetzung gegeben ist.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 ein stark vereinfachtes Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;
2 ein stark vereinfachtes Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine schematische Darstellung von Segmenten und der Einspritzung für einen Sechszylinder-HPDI-Verbrennungsmotor mit der Zündfolge 1-5-3-6-2-4.
1 zeigt ein stark vereinfachtes Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Dabei wird im Schritt S10 die aktuelle Drehzahl U erfasst. Anschließend wird im Schritt S11 überprüft, ob die Drehzahl U größer als ein Schwellenwert SW ist. Bei dem Schwellenwert handelt es sich vorzugsweise um einen Drehzahlschwellenwert, der größer oder gleich der maximal möglichen Drehzahl für den Schichtmodus gewählt wird und der kalibrierbar ist. Beispielsweise kann der Schwellenwert SW ungefähr 4000 Umdrehungen pro Minute entsprechen. Sofern die Drehzahl U größer als der Schwellenwert SW ist, wird der Verbrennungsmotor auf jeden Fall im Homogenmodus mit homogener Gemischzusammensetzung betrieben. In diesem Fall ist bekannt, in welchen Zylinder des Verbrennungsmotors als nächstes einzuspritzen ist. Daher wird beim Schritt S12 lediglich die Einspritzzeitdauer für den Zylinder berechnet, in den als nächstes einzuspritzen ist. Die Berechnung wird dabei vorzugsweise über eine Segmentgrenze getriggert, wobei die aneinandergereihten Segmente beziehungsweise die Segmentgrenzen dem Kurbelwellenwinkel Null so zugeordnet sind, dass ausreichend Zeit zur Berechnung der Einspritzzeitdauer und gegebenenfalls weiterer Größen verbleibt. Anschließend wird im Schritt S14 die nächste Einspritzung durchgeführt. Sofern im Schritt S11 festgestellt wird, dass die Drehzahl U kleiner als der Schwellenwert SW ist, wird zum Schritt S13 verzweigt. Der Schritt S13 wird auf jeden Fall erreicht, wenn der Verbrennungsmotor im Schichtmodus mit geschichteter Gemischzusammensetzung betrieben wird. Im Schichtmodus ist in vielen Fällen nicht klar, in welchen Zylinder als nächstes eingespritzt werden muss. Daher werden im Schritt S13 die Einspritzzeitdauern für alle Zylinder berechnet. Da der Schritt S13 vorzugsweise nur bei relativ niedrigen Drehzahlen erreicht wird, können die Einspritzzeitdauern für alle Zylinder berechnet werden, ohne dass hierzu eine übermäßige Rechenleistung erforderlich ist.
Nachdem im Schritt S13 die Einspritzzeitdauern für alle Zylinder des Verbrennungsmotors berechnet wurden, wird im Schritt S14 die nächste Einspritzung durchgeführt. Anschließend wird zum Schritt S10 zurückverzweigt, in dem erneut die Drehzahl U erfasst wird.
2 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die in 2 lediglich durch ihre Ein- und Ausgangsgrößen veranschaulichte Vorrichtung 10 ist vorzugsweise durch zumindest einen Prozessor umfassende Hardware und geeignete Software derart gebildet, dass sie beispielsweise die in 1 veranschaulichte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen kann. Der Vorrichtung 10 wird die aktuelle Drehzahl U, ein vorzugsweise kalibrierbarer Drehzahlschwellenwert SW sowie ein Triggersignal TR zugeführt. Darüber hinaus werden der Vorrichtung 10 weitere Berechnungsgrundlagen zugeführt, die zur eigentlichen Berechnung der Einspritzzeitdauern herangezogen werden, wobei die eigentliche Berechnung der Einspritzzeitdauern in an sich bekannter Weise erfolgen kann und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Vorrichtung 10 führt beispielsweise das Verfahren gemäß 1 aus und liefert die Einspritzzeitdauer für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors pro Arbeitsspiel entweder nur einmal (1 Schritt S13) oder mehrmals (1 Schritt S12).
3 zeigt eine schematische Darstellung von Segmenten und der Einspritzung für einen Sechszylinder-HPDI-Verbrennungsmotor mit der Zündfolge 1-5-3-6-2-4. Da es sich um einen Viertakt-Sechszylinder-Verbrennungsmotor handelt, entspricht jedes der Segmente S0 bis S5 einem Winkel von 120° bezogen auf ein einem Winkel von 720° entsprechendes Arbeitsspiel. Die aneinandergereihten Segmente S0 bis S5 sind dem Kurbelwellenwinkel Null derart zugeordnet, dass sich das Segment S0 im Bereich des Kurbelwellenwinkels Null befindet, wie dies dem oberen Teil der Darstellung von 3 zu entnehmen ist. Der obere Zünd-Totpunkt ZOT des Zylinders 1 fällt mit dem Kurbelwellenwinkel Null zusammen, wie dies einer vergleichenden Betrachtung der oberen Darstellung und der mittleren Darstellung von 3 zu entnehmen ist. Ein Winkelbereich W1H kennzeichnet den möglichen Einspritzbeginn für den Zylinder 1, wenn der Verbrennungsmotor im Homogenmodus betrieben wird. Dieser Winkelbereich W1H liegt gemäß der Darstellung von 3 240° bis 360° vor dem entsprechenden oberen Zünd-Totpunkt ZOT. Der mögliche Winkelbereich für den Einspritzbeginn des Zylinders 1 im Schichtmodus liegt 30° bis 70° vor dem oberen Zünd-Totpunkt ZOT und ist als W1S bezeichnet. Im Homogenmodus beziehungsweise wenn die Einspritzzeitdauer für den Zylinder 1 nur einmal pro Arbeitsspiel berechnet wird, bildet die Segmentgrenze zwischen den Segmenten S2 und S3 einen ersten Trigger TR1, der die Berechnung der Einspritzzeitdauer für den Zylinder 1 auslöst. Dabei sind die Segmentgrenzen bezogen auf den Kurbelwellenwinkel Null derart vorgesehen, dass die Berechnung der Einspritzzeitdauer für den Zylinder 1 im Homogenmodus sicher abgeschlossen werden kann, bevor der Winkelbereich W1H erreicht wird. Der dem Zylinder 5 zugeordnete untere Bereich von 3 zeigt, dass der obere Zünd-Totpunkt ZOT des Zylinders 5 120° nach dem des Zylinders 1 erreicht wird. Der Winkelbereich W5H für den möglichen Einspritzbeginn für den Zylinder 5 im Homogenmodus liegt 240° bis 360° vor dem oberen Zünd-Totpunkt ZOT des Zylinders 5, während der Winkelbereich W5S des möglichen Einspritzbeginns für den Zylinder 5 im Schichtmodus 30° bis 70° vor dem oberen Zünd-Totpunkt ZOT liegt. Bei der Segmentgrenze zwischen dem Segment S3 und dem Segment S4 löst ein Trigger TR5 die Berechnung der Einspritzzeitdauer für den Zylinder 5 aus, wenn der Verbrennungsmotor im Homogenmodus betrieben wird.

Claims

Verfahren zur Berechnung von Einspritzzeitdauern (EP) für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, der zeitweise in einem Homogenmodus mit homogener Gemischzusammensetzung und zeitweise in einem Schichtmodus mit geschichteter Gemischzusammensetzung betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mehrfach berechnet wird, und dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Homogenmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Schichtmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors mit einer der Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors entsprechenden Häufigkeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors im Homogenmodus, zumindest zeitweise, pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird, wenn ein Drehzahlschwellenwert (SW) überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlschwellenwert (SW) größer oder gleich der maximal möglichen Drehzahl für den Schichtmodus gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuletzt berechnete Einspritzzeitdauer (EP) die Einspritzzeitdauer (EP) des Zylinders des Verbrennungsmotors ist, in den als nächstes eingespritzt wird, wenn die Einspritzzeitdauer (EP) für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors pro Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors nur einmal berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einem Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors entsprechender Kurbelwellenwinkel durch die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors dividiert wird, um Segmente (S0, S1, S2, S3, S4, S5) zu bilden, und dass die aneinandergereihten Segmente (S0, S1, S2, S3, S4, S5) dem Kurbelwellenwinkel Null so zugeordnet werden, dass die Segmentgrenzen als Trigger (TR) zur Auslösung der Berechnung von einer oder mehreren Einspritzzeitdauern (EP) verwendbar sind.