DE102004003417A1

DE102004003417A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004003417A1
Application number: DE200410003417
Authority: DE
Inventors: Andreas Hoyler; Stephan Pohl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem, ausgehend von wenigstens zwei Betriebskenngrößen, eine Ansteuerdauer für ein Stellelement, das wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, vorgebbar ist, dass an bevorzugten Betriebspunkten die Ansteuerung des Stellelements wenigstens einmal unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Bei üblichen Pumpe-Düse-Einheiten ist wenigstens ein Stellelement vorgesehen Vorzugsweise ist dieses als Magnetventil ausgebildet. Dieses Stellelement bestimmt den Beginn und das Ende der Einspritzung und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Voraussetzung für eine effiziente Verbrennung ist eine gute Gemischbildung. Dazu muss der Kraftstoff in der richtigen Menge, zum richtigen Zeitpunkt und mit hohem Druck eingespritzt werden. Schon geringfügige Abweichungen haben ansteigende Schadstoff-Emissionen, laute Verbrennungsgeräusche oder hohen Kraftstoffverbrauch zur Folge.
In bestimmten Betriebspunkten kann der Fall eintreten, dass eine überdurchschnittliche Mengenzunahme bei einer geringen Änderung der Drehzahl auftritt. Entsprechende Auswirkungen verspürt der Fahrer in Form eines Ruckelns im Leerlauf sowie auch im unteren Teillastbereich.
Vorteile der Erfindung
Dadurch, dass in bestimmten Betriebspunkten der Haltestrom abhängig vom Betriebspunkt vorgegeben wird, können diese Effekte vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in diesen bevorzugten Betriebspunkten lediglich im zweiten Abschnitt der Haltestromphase der Wert des Haltestroms abhängig vom Betriebspunkt vorgegeben wird.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 den Stromverlauf über der Zeit aufgetragen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 sind die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel einer sogenannten Pumpe-Düse-Einheit beschrieben.
Während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens mit Hilfe der Federkraft erfolgt die Befüllung der Pumpe-Düse mit Kraftstoff. Zur Vermeidung von Dampfblasenbildung ist die Nockenkontur so gestaltet, dass diese Aufwärtsbewegung möglichst langsam erfolgt. Die Förderung des Kraftstoffes und die Einspritzung erfolgen während der vergleichsweise schnellen Abwärtsbewegung des Plungers, wobei zunächst der Kraftstoff aus dem Plungerraum über das geöffnete Magnetventil in das Niederdrucksystem zurückgefördert wird.
Mit der Bestromung und dem nachfolgenden Schließen des Magnetventils beginnt der Druckaufbau. Sobald der eingestellte Düsenöffnungsdruck erreicht ist, beginnt der Einspritzvorgang. Die Steuerung der Voreinspritzung geschieht, unbeeinflusst vom Magnetventil, durch das Zusammenwirken von Speicherventil und Nadeldämpfung. Nach dem Erreichen des Düsenöffnungsdruckes und dem Beginn der Voreinspritzung wird der Hub der Düsennadel zunächst durch einen hydraulischen Anschlag in der Nadeldämpfung begrenzt, um die Voreinspritzmenge zu kontrollieren. Unmittelbar darauf öffnet das Speicherventil. Durch dessen Ausweichbewegung bricht der Druck kurzzeitig zusammen und die Düsennadel schließt wieder. Am Ende der Ausweichbewegung ist die Düsenfeder weiter vorgespannt. Bei Erreichen des nun angehobenen Öffnungsdruckes beginnt die Haupteinspritzung auf entsprechend höherem Druckniveau. Das Einspritz-Ende wird durch Entstromung des Magnetventils eingeleitet. Durch das sehr kompakte Hochdruckvolumen wird ein rascher Druckabbau und damit ein scharfes Einspritzende ermöglicht.
Beim Entstromen des Magnetventil drückt die Federkraft das Magnetventil mit Unterstützung des Niederdrucks auf. Da sich aber im Niederdruck Druckwellen bzw. Befüllungspeaks befinden, kann es zu einer unterschiedlich schnellen Öffnung des Magnetventils kommen. Dies hat zur Folge, dass trotz einer Erhöhung der Drehzahl die eingespritzte Menge ab nimmt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Befüllungspeaks das Öffnungsverhalten beeinflussen. Durch die Aufteilung des Haltstroms in zwei Abschnitte lässt sich durch die Vorgabe des Haltestroms im zweiten Abschnitt das Absteuerverhalten je nach Bedarf verändern. Je niedriger das Haltestromniveau ist, um so schneller öffnet sich das MV. Dieser Zusammenhang gründet sich darauf, dass die Energie, die im Magnetventil gespeichert ist, beim Entstromen nicht sofort auf 0 zurückgeht, sondern langsam abgebaut wird. Um ein schlagartiges Öffnen zu erzielen, bedient man sich einer so genannten Schnell-Löschung. Hierbei wird durch eine negative Spannung die im Magnetventil gespeicherte Energie während des Öffnungsvorgangs kompensiert. Sie entlädt sich erst später, sodass ein Rückschluss auf den Öffnungszeitpunkt des Magnetventils erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das Absenken des Haltestroms auch die Dichtkraft am Sitz sinkt, sodass sich das Magnetventil ähnlich einem Druckventil verhält.
Diese Pumpe-Düse-Einheit umfasst als Stellelement 105 ein Magnetventil. Dieses wird abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen wie beispielsweise der eingespritzten Kraftstoffmenge M und einem Drehzahlsignal N angesteuert.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie kann auch bei anderen Systemen, insbesondere bei Common-Rail-Systemen oder Verteilerpumpen, die ein Magnetventil als Stellelement umfassen, eingesetzt werden. Ferner ist die Vorgehensweise nicht auf die Anwendung bei Magnetventilen beschränkt, sie kann auch bei anderen Stellelementen eingesetzt werden. So kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch bei Piezoaktoren eingesetzt werden.
Des Weiteren können anstelle der Kraftstoffmenge andere Signale, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren, verwendet werden. Bevorzugt wird dabei ein Signal verwendet, dass das gewünschte Moment charakterisiert, das von der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden soll. Des Weiteren können auch weitere Größen wie Temperatur- und/oder Druckwerte verwendet werden.
Das Stellelement 105 wird von einer Endstufe 100 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Eine entsprechende Endstufe ist beispielhaft in der DE 42 22 650 dargestellt. Die Endstufe besteht im Wesentlichen aus einer Reihenschaltung bestehend aus einem Schaltmittel, dem elektromagnetischen Verbraucher, der das Stellelement bildet, einem Strommessmittel und einer Steuerung.
Sowohl das Schaltmittel, das den Stromfluss steuert wird von der internen Steuerung in der Endstufe 100 angesteuert. Dies erfolgt abhängig von einem Ansteuersignal A, das im Wesentlichen durch seinen Beginn und seine Dauer AD bestimmt wird. Dieses Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerdauer AD wird von einem Kennfeld 120 bereitgestellt. Ferner stellt ein zweites Kennfeld 130 einen Wert für den Haltestrom IH2 bereit. Sowohl das Kennfeld 120 als auch das zweite Kennfeld 130 werden wenigstens mit einem Drehzahlsignal, eines Drehzahlsensors 150 und einem Kraftstoffmengensignal M beaufschlagt. Das Kraftstoffmengensignal M wird von einer Motorsteuerung 140 bereitgestellt. Die Motorsteuerung berechnet das Kraftstoffmengensignal ausgehend von dem Fahrerwunsch und weiteren Betriebskenngrößen. Alternativ zum Kraftstoffmengensignal kann auch eine Momentengröße verwendet werden.
In dem Kennfeld 120 ist abhängig von der Drehzahl und der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge die Ansteuerdauer AD des Stellelements 105 abgelegt. Das Stellelement 105 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil einer Pumpe-Düse-Einheit.
In 2 ist der Strom I, mit dem das Stellelement 105 beaufschlagt wird über der Zeit aufgetragen. Die Darstellung ist dabei lediglich schematisch und stellt einen vereinfachten Stromverlauf dar, der nur grob dem realen Verlauf entspricht. Nach dem Beginn der Ansteuerung steigt der Strom auf ein ersten Niveau IA an. Dieser Wert wird üblicherweise als Anzugstrom bezeichnet. Ab dem Zeitpunkt T1 wird der Strom üblicherweise auf ein niederes Stromniveau IH1 abgesenkt. Dieses Niveau wird üblicherweise als Haltestrom bezeichnet. Üblicherweise wird bis zum Ende der Ansteuerung zum Zeitpunkt T3 dieses Stromniveau beibehalten.
Das Öffnungsverhalten des Stellelements wird im wesentlichen durch die hydraulischen Kräfte und die magnetischen Kräfte bestimmt. Auf Grund von Druckschwankungen treten nun auch Schwankungen der hydraulischen Kräfte auf. Bei der üblichen Ansteuerung hat dies zur Folge, dass sich das Öffnungsverhalten ändert. Das bedeutet das Stellelement öffnet schneller oder langsamer als erwartet.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Effekte der Druckschwankungen durch den Betriebszustand und durch mechanische Toleranzen bestimmt sind. Ferner wurde erkannt, dass durch Vorgabe eines geeigneten Haltestroms die Auswirkungen der Druckschwankungen kompensiert werden können. Das heißt durch Vorgabe eines geeigneten Haltestroms IH2 stellt sich das gleiche Kräfteverhältnis ein, wie wenn keine Druckschwankungen vorliegen. Durch Vorgabe des Haltestroms werden die hydraulischen Effekte kompensiert.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Haltestrom zumindestens abhängig von einer das gewünschte Moment charakterisierenden Größe und/oder der Drehzahl vorgebbar ist. Neben diesen Größen können bei verbesserten Ausführungsformen noch weitere Größen berücksichtigt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für jedes Stellelement ein individueller Wert für den Haltestrom IH2 vorgegeben wird.
Ab dem Zeitpunkt T2 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 2 der Haltestrom auf den Wert IH2 eingestellt. In dem Ausführungsbeispiel ist der Wert IH2 kleiner. Er kann aber auch größer als der Wert IH1 sein. Wesentlich ist, dass er abhängig vom Betriebspunkt eingestellt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Haltestrom nicht in zwei Abschnitte aufgeteilt wird. Der Haltestrom für die gesamte Haltestromphase wird abhängig vom Betriebspunkt vorgegeben.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von Betriebskenngrößen ein Stellelement angesteuert wird, das wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, wobei das Stellelement in einer ersten Phase mit einem ersten Stromwert und in einer zweiten Phase mit einem zweiten Stromwert, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Betriebspunkten der Stromwert in der zweiten Phase abhängig vom Betriebspunkt vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Betriebspunkten die zweite Phase in zwei Abschnitte aufgeteilt wird, wobei im zweiten Abschnitt der Stromwert abhängig vom Betriebspunkt vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebspunkte durch eine das gewünschte Moment charakterisierenden Größe und/oder die Drehzahl definiert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwert des zweiten Abschnitts derart vorgegeben wird, dass das Absteuerverhalten des Stellelements in allen Betriebspunkten nahezu gleich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Stromwert des zweiten Abschnitts ausgehend von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer das gewünschte Moment charakterisierenden Größe mittels eines Kennfeldes vorgebbar ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem Stellelement, das ausgehend von Betriebskenngrößen angesteuert wird und wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, wobei das Stellelement in einer ersten Phase mit einem ersten Stromwert und in einer zweiten Phase mit einem zweiten Stromwert, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die in bestimmten Betriebspunkten den Stromwert in der Phase abhängig vom Betriebspunkt vorgeben.