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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung.
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Bei
Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
wird das gewünschte Drehmoment
ausgehend vom Fahrerwunsch ermittelt und in eine einzuspritzende
Kraftstoffmenge umgerechnet. Vorzugsweise wird dabei eine während eines
Einspritzzyklusses einzuspritzende Kraftstoffmenge vorgegeben. Diese
Kraftstoffmenge und die Motordrehzahl definieren den Betriebspunkt
des Motors. Daraus werden weitere Größen, z.B: Luftmassensollwerte,
berechnet. Dies bedeutet, dass auch diese Vorgaben bzw. Kennfelder
für unterschiedliche Betriebsarten
vorgesehen werden müssen.
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Die
sich bei dieser Umrechnung ergebende Kraftstoffmenge bezieht sich
ausschließlich
auf eine spezifische Betriebsart des Motors. Bei einer Betriebsart
handelt es sich beispielsweise bei einem Dieselmotor um den Magerbetrieb
mit einer konventionellen Dieselverbrennung oder um den Regenerationsbetrieb
zum Freibrennen eines Partikelfilters. Die Betriebsarten unterscheiden
sich erheblich im Wirkungsgrad und damit in der im gleichen Betriebspunkt
einzusprizenden Kraftstoffmenge. Diese Wirkungsgradverschlechterung
beruht beispielsweise darauf, dass bei der Regeneration Kraftstoff
in einen Winkelbereich eingespritzt wird, der nur einen geringen
oder gar keinen Beitrag zum Gesamtdrehmoment liefert. Daher muss
ggf. die Kraftstoffmenge so korrigiert werden, dass das gewünschte Moment
erreicht wird. Dies hat zur Folge, dass die Umrechnung von Moment
in Kraftstoffmenge nicht mehr zur eindeutigen Definition des Motorbetriebspunkts
verwendet werden kann.
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Dies
bedeutet, dass für
jede Betriebsart, ausgehend von dem Moment gemäß einer anderen Rechenvorschrift
und/oder unter Verwendung andrer Parameter, die Kraftstoffmenge
zu berechnen ist. Hierdurch entsteht ein erheblicher Aufwand bei
der Applikation der betriebspunktabhängigen Größen.
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Da
sich die betriebspunktabhängigen
Größen zwischen
unterschiedlichen Betriebsarten unterscheiden, muss eine Übergangsfunktion
während des
Umschaltens zwischen den Betriebsarten den kontinuierlichen Übergang
gewährleisten.
In der Regel werden die umzuschaltenden Größen auf den neuen Wert gerampt.
Entsprechendes gilt auch für die
Kraftstoffmenge. Da die Führungsgröße Kraftstoffmenge
und die Sollwerte gleichzeitig gerampt werden, ist der Verlauf der
Sollwerte während
der Umschaltung nicht vorhersagbar. Die Applikation der Betriebsartenübergänge ist
daher nicht möglich.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass die weiteren Steuergrößen, ausgehend von wenigstens
der Momentengröße, d.h.
der Eingangsgröße der Umrechnung
von Moment in Kraftstoffmenge, ermittelt werden. Die Kraftstoffmenge
und die Steuergröße werden
ausgehend von der Momentengröße berechnet.
Dabei wird die Kraftstoffmenge in einzelnen Betriebsarten unterschiedlich
ermittelt. Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass auch
die Steuergrößen in einzelnen
Betriebsarten unterschiedlich berechnet wird. Bei einer weiteren Ausgestaltung
ist vorgesehen, dass weitere Steuergrößen ausgehend von der Kraftstoffmenge
ermittelt werden. Diese Ermittlung der weiteren Steuergrößen ist
in der Regel für
einzelne Betriebsarten unterschiedlich.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform
erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der Figur ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise
am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist dabei nicht auf eine solche Brennkraftmaschine beschränkt, sie
kann bei beliebigen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, wenn die
Aufgabe besteht, ausgehend von dem gewünschten Moment eine einzuspritzende
Kraftstoffmenge bzw. weitere Steuergrößen vorzugeben. Dies gilt insbesondere
für alle
direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen und Brennkraftmaschinen
mit Selbstzündung.
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In
der Figur ist mit 100 eine Momentenvorgabe bezeichnet.
Diese Momentenvorgabe beaufschlagt eine erste Vorgabe 120,
eine zweite Vorgabe 130, eine dritte Vorgabe 140 und
eine vierte Vorgabe 150 mit einem Signal M, das das gewünschte Moment
charakterisiert. Eine Signalvorgabe 160 beaufschlagt die
erste und die zweite Vorgabe 120 bzw. 130 mit
einer weiteren Größe W1. Entsprechend
beaufschlagt eine Signalvorgabe 170 die dritte Vorgabe 140 und
die vierte Vorgabe 150 mit einer weiteren Größe W2.
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Die
Ausgangssignale der ersten Vorgabe 120 und der zweiten
Vorgabe 130 gelangen über
eine erste Umschaltung 180 als Kraftstoffmengengröße QK zu
einem Mengensteller 185. Die Ausgangssignale der dritten
Vorgabe 140 und der vierten Vorgabe 150 gelangen über einen
zweiten Umschalter 190 als Steuergröße S zu einem Steller 195.
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Das
Ausgangssignal QK der ersten Umschaltung 180 gelangt ferner
zu einer fünften
Vorgabe 240 und einer sechsten Vorgabe 250. Die
Ausgangssignale der fünften
und sechsten Vorgabe gelangen über
einen dritten Umschalter 280 als weitere Steuergröße WS zu
einem weiteren Steller 295.
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Der
erste Umschalter 180, der zweite Umschalter 190 und
der dritte Umschalter 280 werden von einem Betriebsartenkoordinator 200 mit
Steuersignalen beaufschlagt.
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Die
Momentenvorgabe 100 berechnet, ausgehend von dem Fahrerwunsch,
der vorzugsweise mit einem Sensor erfasst wird und ggf. weiteren
Betriebskenngrößen, ein
gewünschtes
Moment M. Dieses gewünschte
Moment M gibt an, wie viel Moment der Fahrer wünscht. Die erste Vorgabe 120 und
die zweite Vorgabe 130 berechnen, ausgehend von diesem
gewünschten
Moment M und ggf. weiteren Betriebskenngrößen W1, die hierzu benötigte Kraftstoffmenge.
Als wesentliche Größe gilt
in der Umrechnung von Moment in Menge der jeweilige Wirkungsgrad
ein. Der Wirkungsgrad ist im beispielsweise durch den Zeitpunkt
der Einspritzung bestimmt. Erfolgt die Kraftstoffeinspritzung vor
oder im Bereich des oberen Todpunktes, so wird die gesamte eingespritzte
Kraftstoffmenge in Moment umgesetzt. Der Wirkungsgrad nimmt hier
den normierten Wert 1 an. Erfolgt die Einspritzung sehr spät nach dem
oberen Todpunkt, so gelangt der Kraftstoff mehr oder weniger unverbrannt
in das Abgassystem. In diesem Fall nimmt der Wirkungsgrad Werte
kleiner als 1 an.
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Ein
solcher Übergang
des Kraftstoffs oder von teilweise umgesetztem Kraftstoff in das
Abgassystem wird insbesondere in Betriebszuständen gewünscht, bei denen das beispielsweise
das Abgasnachbehandlungssystem regeneriert wird. Ein solches zu
regenerierendes Abgasnachbehandlungssystem kann einen Partikelfilter,
einen Oxidationskatalysator, ein Stickoxidkatalysator und/oder andere Katalysatoren
umfassen. Ein solcher Regenerationsbetrieb wird im Folgenden als
Betriebsart bezeichnet.
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Die
erste Betriebsart ist üblicherweise
der Normalbetrieb, bei dem der Kraftstoff vollständig in Moment umgesetzt wird.
Eine zweite Betriebsart kann beispielsweise ein Regenerationsbetrieb
eines Partikelfilters sein. Die erste Vorgabe 120 führt nun die
Umrechnung von Moment in Kraftstoffmenge in der ersten Betriebsart
und die zweite Vorgabe 130 die Umrechnung in der zweiten
Betriebsart durch.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist dabei nicht auf zwei Betriebsarten, wie dies in der Figur dargestellt
ist, beschränkt,
sie kann auf beliebige Anzahlen von Betriebsarten erweitert werden.
In diesem Fall sind eine entsprechende Anzahl von Vorgaben, die
ausgehend von dem Moment die Kraftstoffmenge sowie von Vorgaben
die ausgehen von dem Moment die weitere Steuergröße S berechnen, vorzusehen.
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Im
obigen Beispiel ist als zweite Betriebsart bezeichnet, dass eine
Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems erfolgt. Ferner wird
ein homogener oder ein teilhomogener Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine
als Betriebsart bezeichnet.
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Die
erste und die zweite Vorgabe 120 und 130 berechnen
in der jeweiligen Betriebsart als Funktion von der Momentengröße M und
weiteren Betriebskenngrößen W1 die
einzuspritzende Kraftstoffmenge QK. Als weitere Betriebskenngröße, die
wesentlich in die Umrechnung eingeht, ist der Wirkungsgrad und/oder
die Drehzahl der Brennkraftmaschine anzusehen. Die unterschiedlichen
Vorgaben 120 bzw, 130 unterscheiden sich zum einen
in dem Wert, den der Wirkungsgrad annimmt. Alternativ oder ergänzend kann
vorgesehen sein, dass die erste Vorgabe 120 und die zweite
Vorgabe 130 gemäß unterschiedlichen
Vorschriften die einzuspritzende Kraftstoffmenge, ausgehend von
dem Moment, berechnen. D.h. bei gleichen Eingangsgrößen wird
die Ausgangsgröße unterschiedlich
berechnet.
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Dies
kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mit gleichen
Eingangsgrößen unterschiedliche
Kennfelder beaufschlagt werden, d.h. dass in wenigstens zwei unterschiedlichen
Betriebsarten unterschiedliche Abhängigkeiten der Kraftstoffmengen
QK von den Eingansgrößen W1 und/oder
M verwendet werden.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass in unterschiedlichen Betriebarten unterschiedliche
Betriebskenngrößen als
Eingangsgrößen verwendet
werden. Die Betriebskenngrößen können insbesondere
die Luftmasse, das Verhältnis
zwischen Kraftstoffmenge und Luftmasse und/oder die Abgasrückführrate verwendet
werden. Anstelle dieser Größen kann
auch diese Größe in charakterisierenden
Größen eingesetzt.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Kennfelder und unterschiedliche
Eingangsgrößen von
der ersten Vorgabe und der zweiten Vorgabe verwendet werden, d.h.
dass in wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten unterschiedliche
Vorschriften zur Ermittlung der Kraftstoffmengengröße verwendet
werden.
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Der
Umschalter 180 wählt
dann abhängig von
der vorliegenden Betriebsart das entsprechende Ausgangssignal der
entsprechenden Vorgabe aus und leitet diese an den Mengensteller 185 weiter.
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Entsprechend
wird bei der Ermittlung der Steuergröße S vorgegangen. Die dritte
und die vierte Vorgabe 140 und 150 berechnen in
der jeweiligen Betriebsart als Funktion von der Momentengröße M und
weiteren Betriebskenngrößen W2 die
Steuergröße S. Als
weitere Betriebskenngröße, die
wesentlich in die Umrechnung eingeht, ist beispielsweise die Drehzahl
der Brennkraftmaschine anzusehen.
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Hängt die
Steuergröße S nicht
von der Betriebsart ab, so kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
vorgesehen sein, dass lediglich eine Vorgabe zur Bestimmung der
Steuergröße vorgesehen
ist. In diesem Fall kann der Umschalter 190 entfallen.
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Die
unterschiedlichen Vorgaben 140 bzw, 150 unterscheiden
sich in der Vorschriften mit der die Stellgröße S, ausgehend von dem Moment
berechnet wird. D.h. bei gleichen Eingangsgrößen wird die Ausgangsgröße unterschiedlich
berechnet.
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Dies
kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mit gleichen
Eingangsgrößen unterschiedliche
Kennfelder beaufschlagt werden, d.h. dass in wenigstens zwei unterschiedlichen
Betriebsarten werden unterschiedliche Abhängigkeiten der Stellgröße von den
Eingansgrößen W2 und/oder
M verwendet.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass in unterschiedlichen Betriebarten unterschiedliche
Betriebskenngrößen als
Eingangsgrößen verwendet
werden. Die Betriebskenngrößen können insbesondere
die Luftmasse, das Verhältnis
zwischen Kraftstoffmenge und Luftmasse und/oder die Abgasrückführrate verwendet
werden. Anstelle dieser Größen kann
auch diese Größe in charakterisierenden
Größen eingesetzt.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Kennfelder und unterschiedliche
Eingangsgrößen von
der ersten Vorgabe und der zweiten Vorgabe verwendet werden, d.h.
dass in wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten unterschiedliche
Vorschriften verwendet werden.
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Der
Umschalter 190 wählt
dann abhängig von
der vorliegenden Betriebsart das entsprechende Ausgangssignal der
entsprechenden Vorgabe aus und leitet diese an den Steller 195 weiter.
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Wesentlich
ist, dass die Steuergröße S, ausgehend
von dem Moment M; das auch zur Berechnung der Kraftstoffmenge QK
verwendet wird und weiteren Größen W2 berechnet
wird. Dies bedeutet, die Berechnung der Steuergröße S erfolgt abhängig vom
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Dabei ist der Betriebspunkt
durch das Moment M und gegebenenfalls die weitere Größe W2 definiert.
Vorzugsweise ist der Betriebspunkt durch das Moment und die Drehzahl
definiert. Das Moment gibt dabei den Fahrerwunsch an. Der Fahrerwunsch
kann dabei durch weitere Steuereinheiten korrigiert und/oder beeinflusst
sein. Das Moment M gibt an welches Moment die Brennkraftmaschine
bereitstellen soll.
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Ist
die Steuergröße S unabhängig von
der Betriebsart, so ist lediglich eine Vorgehensweise zur Ermittlung
der Steuergröße notwendig.
Ist die Steuergröße abhängig von
der Betriebsart sind für
jede Betriebsart eine Vorgabe notwendig, da aber die Steuergröße unabhängig vom
Wirkungsgrad der jeweiligen Betriebsart ist, ergibt sich der Vorteil,
dass sich die Betriebsarten unabhängig voneinander applizieren
lassen, d.h. die Applikation der Betriebsarten wird deutlich erleichtert.
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Dies
bedeutet, dass die Kraftstoffmenge in einer ersten Betriebsart gemäß einer
ersten Vorschrift zur Mengenberechnung, ausgehend von wenigstens
einer Momentengröße, vorgegeben
wird, in einer zweiten Betriebsart wird die Kraftstoffmenge gemäß einer
zweiten Vorschrift zur Mengenberechnung, ausgehend von wenigstens
der Momentengröße vorgegeben,
eine erste Steuergröße wird
ausgehend von wenigstens der Momentengröße vorgegeben. Bei einer Ausgestaltung
kann auch vorgesehen sein die Steuergröße in der ersten Betriebsart
gemäß einer
ersten Vorschrift zur Berechnung der Steuergröße und in der zweiten Betriebsart
gemäß einer zweiten
Vorschrift zur Berechnung der Steuergröße vorgegeben wird.
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Ausgehend
von wenigstens der Momentengröße wird
sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Steuergröße ermittelt. Dabei ist für jede Betriebsart eine
unterschiedliche Vorgehensweise vorgesehen gemäß der die Kraftstoffmenge bzw.
die Steuergröße ermittelt
werden. Neben der Momentengröße können noch
weitere Größen herangezogen
werden, wobei für
die Kraftstoffmenge und die Steuergröße unterschiedliche weitere
Größen vorgesehen
sein können. Auch
können
in unterschiedlichen Betriebsarten unterschiedliche weitere Größen verwendet
werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird insbesondere für
Steuergrößen S verwendet,
die lediglich vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und abhängen oder
diesen beeinflussen. Dies sind insbesondere Steuergrößen, die
den Beginn der Einspritzung oder die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-,
die rückgeführte Abgasmenge,
den Ladedruck oder den Drall beeinflussen. Wird die Einspritzung
in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, so werden als Steuergröße vorzugsweise
die Beginne aller Teileinspritzungen abhängig vom Moment vorgegeben.
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Weitere
Steuergrößen WS,
die im Wesentlichen durch die Kraftstoffmenge bestimmt sind, werden
nicht abhängig
von der Momentengröße sondern abhängig von
der Kraftstoffmenge, d.h. von dem Ausgangssignal der Umschaltung 180 vorgegeben.
Dies sind z.B. Stellgrößen, die
eine Rauchbegrenzung, einen Motorschutz und Begrenzungen in der
Hochdruckregelung bewirken. Diese zweite Steuergröße wird
ausgehend von wenigstens der Kraftstoffmenge in der ersten Betriebsart
gemäß einer
dritten Vorschrift zur Berechnung der zweiten Steuergröße und in
der zweiten Betriebsart gemäß einer
vierten Vorschrift zur Berechnung der zweiten Steuergröße vorgegeben.