DE102006001368B4

DE102006001368B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006001368B4
Application number: DE102006001368.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schempp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: EP1979600A1; WO2007082628A1; CN101356352A; CN101356352B; DE102006001368A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist, und zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine zweite Teileinspritzung ein Wunschintervall vorgegeben wird, das durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist, und dass die Berechnung der wenigstens einen zweiten Teileinspritzung erfolgt, wenn die Daten der wenigstens einen ersten Teileinspritzung, die innerhalb des Wunschintervalls liegen, bekannt sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Üblicher Weise werden bei Brennkraftmaschine so genannte Injektoren eingesetzt, um der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen. Dabei enthalten diese Injektoren so genannte Aktoren, die als Piezoaktor oder als Magnetventilaktor ausgebildet sein können. Diese Aktoren geben abhängig von einem Ansteuersignal die Kraftstoffzumessung frei bzw. unterbinden die Kraftstoffzumessung. Dieses Ansteuersignal wird üblicherweise von einer Endstufe bereitgestellt.
Aus der EP 1 586 760 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Kraftstoffzumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist. Es wird zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden. Dabei wird ein Intervall vorgegeben innerhalb dem der Einspritzbeginn verschoben werden kann.
Die DE 101 14 039 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung. Die Kraftstoffeinspritzung wird in eine Voreinspritzung und ein Haupteinspritzung sowie eine Nacheinspritzung aufgeteilt. Erfolgt eine Voreinspritzung, so wird die Nacheinspritzung des vorherigen Einspritzvorgangs ausgesetzt.
Die DE 100 33 343 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzanlage mit wenigstens zwei Aktorelementen. Dabei ist eine Einspritzregelung vorgesehen, die Konflikte beim Ansteuern der Aktorelemente erkennt und löst.
Bei der DE 102 44 538 A1 wird zur Vermeidung eines zeitlichen Überlappens von Einspritzungen die nachfolgende Einspritzphase in Abhängigkeit der vorausgehenden Einspritzphase programmiert.
Bei modernen Einspritzsystemen ist pro Einspritzyklus wenigstens eine Haupteinspritzung sowie wenigstens eine Voreinspritzung und zumindestens zeitweise wenigstens eine Nacheinspritzung vorgesehen. Die Voreinspritzung bzw. die Voreinspritzungen dienen zur Konditionierung des Brennraums und damit zur Geräuschreduzierung. Die Nacheinspritzung dient insbesondere zur Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems. Im Folgenden werden die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzung auch als Teileinspritzungen bezeichnet.
Bei üblichen Ein-Bank-Endstufen tritt die Problematik auf, dass lediglich ein Aktor angesteuert werden kann. Ein gleichzeitiges Ansteuern von zwei Aktoren ist daher nicht möglich. Versorgt eine Endstufe vier Aktoren, so ergibt sich ein Winkelbereich von 180° Kurbelwellenwinkel, indem diese Teileinspritzungen für einen Injektor erfolgen können. In der Regel ist jedem Aktor ein Einspritzbereich zugeordnet, der sich über das Winkelintervall zwischen dem Ansteuerbeginn der frühesten Voreinspritzung eines Zylinders bis zum Beginn der frühesten Voreinspritzung des in der Zündreihenfolge nachfolgende Zylinders, der von derselben Endstufe angesteuert, erstreckt.
Problematisch sind nun die Nacheinspritzungen, die oft sehr spät erfolgen sollen. Solche späten Nacheinspritzungen sind beispielsweise zur Regeneration eines Partikelfilters notwendig. So werden beispielsweise Nacheinspritzung im Bereich von bis zu 220° Kurbelwelle nach dem oberen Totpunkt der jeweiligen Haupteinspritzung gefordert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Es stellt sich die Aufgabe, dass überlappende Ansteuerungen der Endstufe vermieden werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sich überlappende Ansteuerungen bei einer Endstufe nicht auftreten. Dadurch wird es möglich, nicht momentenrelevante Einspritzungen in einem Zylinder in dem gleichen Winkelbereich zu platzieren wie momentenrelevante Einspritzungen eines anderen Zylinders, ohne das davon die momentenrelevanten Einspritzungen berührt werden. Der für die Einspritzung zugängliche Winkelbereich von 720° pro Zylinderzahl wird so mit Einschränkungen auf volle 720° erweitert. Des weiteren ist vorteilhaft, dass die momenten- und abgas- und geräuschrelevanten Einspritzungen nicht verschoben und nicht verkürzt oder verlängert werden müssen. Folglich gibt es keine Rückwirkungen auf das Lauf- und Emissionsverhalten des Motors.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass für die Teileinspritzungen, bei denen eine Verschiebung möglich ist, ein Wunschintervall vorgegeben wird, dass durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist. In diesem Intervall erfolgt dann die Teileinspritzung deren Verschiebung möglich ist derart, dass sie keine Teileinspritzungen behindert, deren Verschiebungen nicht gewünscht ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für diese zweite Teileinspritzung, deren Verschiebung möglich ist, lediglich eine Menge vorgegeben wird, die im Mittel über mehrere Einspritzzyklen zuzumessen ist. Dadurch ist es möglich, die Einspritzmenge über mehrere Einspritzzyklen (auch ungleichmäßig) zu verteilen. Dies ist bei Teileinspritzungen, die zur Abgasbehandlung dienen, in gewissen Grenzen möglich. Durch diese Vorgehensweise gibt sich ein weiterer Spielraum bei der Verteilung der zweiten Teileinspritzung, insbesondere der Nacheinspritzungen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine und
2 verschiedene über der Zeit bzw. über dem Winkel der Kurbelwelle aufgetragene Signale.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 sind die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Einspritzsteuerung ist mit 100 bezeichnet, diese beaufschlagt eine Endstufe 110 mit Ansteuersignalen A, abhängig von diesen Ansteuersignalen A beaufschlagt die Endstufe 110 einen Injektor mit der Versorgungsspannung U. Der Injektor misst dann abhängig von der Versorgungsspannung U bzw. dem Ansteuersignal A der Brennkraftmaschine eine bestimmte Kraftstoffmenge zu. Der Injektor 120 umfasst im wesentlichen einen Aktor, der als Magnetventil oder als Piezoelement ausgebildet sein kann. Abhängig von der Ansteuerung dieses Aktors wird dann die Kraftstoffzumessung freigegeben bzw. unterbunden.
Abhängig von dem Ansteuersignal A beaufschlagt die Endstufe 110 den Injektor 120 mit entsprechenden Signalen U. So wird beispielsweise ein Piezoaktor entsprechend dem Ansteuersignal geladen bzw. entladen. Bei einem Magnetventil gibt die Endstufe 110 entsprechende Stromwerte zur Bestromung des Magnetventils vor. Üblicher Weise werden alle Injektoren einer Brennkraftmaschine oder lediglich eine Gruppe von Injektoren durch eine gemeinsame Endstufe 110 angesteuert. Eine solche Gruppe von Injektoren, die von einer Endstufe angesteuert werden, werden als Bank bezeichnet.
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern betrachtet. Aufgrund der Ausbildung der Endstufe 110 kann gleichzeitig lediglich ein Injektor angesteuert werden. Ein gleichzeitiges Ansteuern zweier Injektoren ist nicht möglich. Dies führt dazu, dass bei einem Einbanksteuergerät der gesamte Winkelbereich von 720° in vier Segmente mit 180° aufgeteilt ist, in denen jeweils einem Zylinder Kraftstoff zugemessen werden kann. D. h. der Einspritzbereich, der definiert ist über das Winkelintervall zwischen dem Ansteuerbeginn der frühesten Voreinspritzung eines Zylinders bis zum Beginn der frühesten Voreinspritzung des nächsten in der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylinders auf derselben Bank. Dieser Einspritzbereich beträgt bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine 180°.
Bei Einspritzsystemen, die bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, ist es erforderlich, dass Nacheinspritzungen zu einem sehr späten Zeitpunkt durchgeführt werden. So werden beispielsweise zur Regeneration eines Rußpartikelfilters Einspritzungen bis zu einem Winkel von 220° nach dem oberen Totpunkt des entsprechenden Zylinders gefordert. Dies führt dazu, dass der Einspritzbereich größer als 180° wird bzw. das sich die Einspritzungen einzelner Zylinder der gleichen Bank überlappen.
In 2a ist der Einspritzzyklus eines ersten Zylinders dargestellt. Eine erste Voreinspritzung ist mit PI12, eine zweite Voreinspritzung mit PI22 und eine Haupteinspritzung mit M2 und die Nacheinspritzung mit PO2 bezeichnet. In der 2b ist die Lage der Nacheinspritzung PO1 des vorangehenden Einspritzyklus eingezeichnet. Wie leicht zu erkennen ist, erfolgt die Nacheinspritzung PO1 des vorherigen Einspritzyklus zur gleichen Winkelstellung wie die Voreinspritzung PI12 des nachfolgenden Einspritzyklus. Da eine solche überlappende Einspritzung aufgrund der Endstufe 110 nicht realisierbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese Nacheinspritzung PO1 in zwei Teileinspritzungen PO11 und PO12 aufgeteilt wird. Die Winkelstellung bei der diese Teileinspritzungen erfolgen sind so gewählt, dass sie in Bereichen erfolgen, in denen sie nicht mit den Voreinspritzungen P112 bzw. P122 überlappen.
In der 2 ist jeweils durchgängig die Zeitpunkte T1, T2 und T3 aufgetragen. Des weiteren ist in 2b ein Winkelbereich, der durch den Beginn B und das Ende E definiert ist, mit einem waagrechten Balken eingetragen.
Wie in 2 dargestellt, kollidiert die momentenbildende Einspritzung PI12 des Zylinders 2 mit einer späteren Nacheinspritzung PO1 des ersten Zylinders. Um dies zu verhindern ist folgende Strategie vorgesehen: In einem ersten Schritt wird der Ansteuerbeginn der PI12 ca. 170° vor dem oberen Totpunkt, der im Bereich der Haupteinspritzung M2 liegt, berechnet und programmiert. In einem zweiten Schritt wird aufgrund des aktuellen Raildrucks ca. 400 ms vor dem Ansteuerbeginn die Ansteuerdauer der PI12 berechnet und programmiert. Dadurch ist auch die Lage des Ansteuerendes der nicht verschiebbaren PI12 bekannt.
Für die Nacheinspritzung wird ein Wunschwinkelintervall vorgegeben, welches den frühest möglichen Ansteuerbeginnwinkel B und den spätest möglichen Ansteuerbeginnwinkel E. Alternativ zum spätest möglichen Ansteuerbeginnwinkel kann auch der spätest mögliche Ansteuerendewinkel E vorgeben werdn. Dieser frühest mögliche Ansteuerbeginnwinkel ist in 2b mit B und der spätest mögliche Ansteuerbeginnwinkel mit E bezeichnet. Des weiteren wird die zylinderspezifische Einspritzmenge für die Nacheinspritzung ersetzt durch eine Menge, welche in Summe mittelfristig eingespritzt werden muss. Die Berechnung und Programmierung der Nacheinspritzung erfolgt abhängig von der Wunschlage der Nacheinspritzung ca. 170° oder 180° vor dem oberen Totpunkt des in der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylinders. D. h. in der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Berechnung ca. 170° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders 2. Zu diesem Zeitpunkt T1 ist der Startwinkel der Voreinspritzung PI12 bereits bekannt. Bei der Berechnung der Nacheinspritzung können so mögliche Kollisionen vermieden werden. Zum Zeitpunkt T1, der ca. 170° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders 2 liegt, wird der Ansteuerbeginn der Voreinspritzung PI12 und anschließend der Ansteuerbeginn der Nacheinspritzung POI1 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt ist damit das maximal mögliche Einspritzmengenintervall für den Teil der Nacheinspritzung bekannt, welcher vor der PI12 platziert werden kann.
Zum Zeitpunkt T2 der ca. 400 ms vor dem Beginn der Nacheinspritzung PO11 liegt wird aus der Wunschmenge für den aktuellen Raildruck die Sollansteuerdauer der Nacheinspritzung POI1 berechnet. Ist diese Sollansteuerdauer größer als die maximale mögliche Einspritzdauer, die vor der PI12 platziert werden kann, so wird die Ansteuerdauer für die PO11 auf die maximal mögliche Zeit begrenzt. Die in der PO11 tatsächlich eingespritzte Menge, wird aus der Umkehrung des Ansteuerdauerkennfeldes berechnet. Die Differenz zwischen Wunschmenge und tatsächlich eingespritzter Menge ergibt die Sollmenge für en zweiten Teil der PO1, welcher nach der PI12 stattfindet, und mit PO12 bezeichnet wird. Die Daten der Nacheinspritzung POI1 werden so gewählt, dass keine Überlappung mit der Voreinspritzung PI12, deren Daten bekannt sind, auftritt.
Zeitpunkt T3, der ca. 400 ms vor dem Beginn der Voreinspritzung PI12 liegt, wird das Ansteuerende der PI12 berechnet. Anschließend an diese Berechnungen werden die Daten für die zweite Nacheinspritzung PO12 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der Beginn der zweiten Voreinspritzung PI22 bekannt, so dass eine evtl. Kollision des Ansteuerendes des zweiten Teiles der Nacheinspritzung PO12 mit dem Ansteuerbeginn der zweiten Voreinspritzung PI2 vermieden werden können.
Die in 2 dargestellte Vorgehensweise ist lediglich eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für die Nacheinspritzung ein bestimmter Winkelbereich vorgegeben wird, in dem diese erfolgen soll. Innerhalb dieses Winkelbereichs wird die Nacheinspritzung derart aufgeteilt, dass diese mit den Voreinspritzungen der nachfolgenden Einspritzyklus nicht überlappen. D. h. sobald die Daten für die Voreinspritzung des nachfolgenden Einspritzyklus vorliegen, wird überprüft, ob ein Bereich des Wunschwinkelintervalls vor dem Beginn der Voreinspritzung liegt. Ist dies der Fall, so erfolgt innerhalb dieses Wunschwinkelintervalls eine Nacheinspritzung des vorangehenden Einspritzyklus. Liegen das Ende der ersten Voreinspritzung und der Beginn der zweiten Voreinspritzung fest, so wird überprüft, ob auch in diesem Winkelintervall ein Überlappen mit dem Wunschwinkelintervall vorliegt. Ist dies der Fall und wurde die gewünschte Nacheinspritzmenge noch nicht zugemessen, so erfolgt eine weitere Nacheinspritzung.
Erfindungsgemäß bedeutet dies, dass für die Nacheinspritzung ein Wunschwinkelintervall und eine gewünschte Nacheinspritzmenge festgelegt wird. Anschließend wird überprüft, ob von dem Wunschwinkelintervall Winkelbereiche durch eine Einspritzung der nachfolgenden Zylinder belegt sind. Sind freie Winkelintervalle vorhanden, in denen keine Teileinspritzungen des nachfolgenden Einspritzyklus auftreten, so werden in diesen Bereichen die Nacheinspritzung durchgeführt. Sollten diese Winkelbereiche zu gering sein, wird die verbleibende Menge bei einem nachfolgenden Einspritzyklus zugemessen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist, und zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine zweite Teileinspritzung ein Wunschintervall vorgegeben wird, das durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist, und dass die Berechnung der wenigstens einen zweiten Teileinspritzung erfolgt, wenn die Daten der wenigstens einen ersten Teileinspritzung, die innerhalb des Wunschintervalls liegen, bekannt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Teileinspritzung eine Menge vorgegeben wird, die im Mittel über mehrere Einspritzzyklen zuzumessen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teileinspritzung in den Bereichen des Wunschintervalls erfolgt, in denen keine erste Teileinspritzung vorgesehen ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist, und zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die für die wenigstens eine zweite Teileinspritzung ein Wunschintervall vorgeben, das durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist, und die die Berechnung der wenigstens einen zweiten Teileinspritzung durchführen, wenn die Daten der wenigstens einen ersten Teileinspritzung, die innerhalb des Wunschintervalls liegen, bekannt sind.