DE102006062930B3

DE102006062930B3 - Steuereinheit zum Steuern eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102006062930B3
Application number: DE200610062930
Authority: DE
Inventors: Jürgen Nagel
Original assignee: Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2026-06-15

Abstract

Steuereinheit zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennräumen, einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Injektoren (3a–3f) zum Einspritzen von Brennstoff in die Brennräume, wobei jedem Brennraum wenigstens ein Injektor zugeordnet ist, und mit einem Common Rail (10) für die Brennstoffzuführung zu der Vielzahl von Injektoren, wobei die Steuereinheit (22) über Signalleitungen (30a–30f) mit Temperatursensoren (32a–32f) verbindbar ist, die jeweils an den Abgasleitungen (34a–34f) der einzelnen Brennräume angeordnet sind, und die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechend einem Verfahren zu steuern, das folgende Schritte enthält: a) Ansteuern der Injektoren (3a–3f) anhand eines Anforderungsprofils; b) Ermitteln der Abgastemperatur jedes Brennraumes; c) Ermitteln einer gemittelten Abgastemperatur der Brennräume; d) Ermitteln, ob die Abgastemperatur eines jeweiligen Brennraums um mehr als eine vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht; e) Ändern der Ansteuerung eines Injektors, der dem jeweiligen Brennraum zugeordnet ist, dessen Abgastemperatur um mehr als die vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht, um einen vorbestimmten Wert, so dass die eingespritzte Brennstoffmenge verändert wird, und f) zyklisches Wiederholen der Schritte d) und e) der Reihe nach für alle Brennräume, wobei der Schritt e) unterbleibt, wenn seine Durchführung zur Überschreitung einer maximal zulässigen Abweichung der Ansteuerung des jeweiligen Injektors gegenüber der unveränderten Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil führen würde.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Steuern eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Verbrennungsmotors mit einem Common Rail-Einspritzsystem.
Verbrennungsmotoren mit einem Common Rail-Einspritzsystem sind allgemein bekannt. Bei solchen Verbrennungsmotoren ist eine Vielzahl von Brennräumen d. h. Zylindern vorgesehen, denen jeweils ein Injektor zugeordnet ist, der wiederum mit einer gemeinsamen Hochdruckleitung, die üblicherweise als Common Rail bezeichnet wird für die Brennstoffzuführung verbunden ist. Bei Common Rail-Systemen treten unter anderem aufgrund von Herstellungstoleranzen der Injektoren Unterschiede hinsichtlich der über einen jeweiligen Injektor eingespritzten Brennstoffmenge auf. Diese Unterschiede hinsichtlich der eingespritzten Brennstoffmenge führen zu Unterschieden hinsichtlich der jeweiligen Abgastemperaturen der Brennräume.
Um dieses Problem zu vermeiden ist es bekannt, das Einspritzverhalten eines Injektors nach der Herstellung zu messen und in codierter Form, beispielsweise in Form eines Strichcodes, auf dem Injektor zu vermerken. Wenn der Injektor dann in einen Motor eingebaut wird, wird diese Information über ein entsprechendes Lesegerät in die Steuereinheit des Motors eingegeben. Die Steuereinheit ist dann in der Lage die Injektoren individuell anhand ihres einmalig gemessenen Einspritzverhaltens anzusteuern, um über die Brennräume des Motors hinweg eine gleichmäßige Einspritzung vorzusehen. Ein solches Verfahren ist in der Technik als E-Trim bekannt.
Das als E-Trim bekannte Verfahren ist jedoch recht aufwendig und erfordert insbesondere beim Einbau von Injektoren in einen Motor ein entsprechendes Lesegerät, um die codierte Information über das Einspritzverhalten der einzelnen Injektoren in die Motorsteuerung einzulesen: Ferner ist für das korrekte Einlesen der Information eine gewisse Schulung und Sorgfalt notwendig. Bei dem E-Trim Verfahren wird einmalig das Einspritzverhalten der Injektoren im Neuzustand gemessen. Daher ist das Verfahren nicht in der Lage einen Verschleißzustand der Injektoren zu berücksichtigen, der über die Lebensdauer eines Injektors hinweg das Einspritzverhalten des Injektors verändert. Dies kann insbesondere dann zu Problemen führen, wenn zum Beispiel an einem Motor ein einzelner oder mehrere aber nicht alle Injektoren ausgetauscht werden. In diesem Fall sind an dem Motor sowohl neue Injektoren, deren Einspritzverhalten im Neuzustand bekannt sind, und alte Injektoren deren Einspritzverhalten ursprünglich bekannt war, aber sich nunmehr verändert haben kann, an demselben Motor vorgesehen. Da die Motorsteuerung aber davon ausgeht, dass die alten Injektoren noch immer dasselbe Einspritzverhalten wie im Neuzustand besitzen, können erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Einspritzung von Brennstoff in die einzelnen Brennräume auftreten.
Bei großen Motoren und insbesondere bei Motoren für Marineanwendungen ist es bekannt, die Abgastemperaturen der einzelnen Brennräume zu überwachen und eine Warnung auszugeben, wenn die Abgastemperatur eines Brennraums wesentlich von den Abgastemperaturen der anderen Brennräume abweicht. Eine solche Temperaturabweichung kann auf unterschiedlichen Gründen basieren und eine erhebliche Fehlfunktion bzw. Beschädigung des Verbrennungsmotors anzeigen. Eine Quelle von Abgastemperaturabweichungen ist die Brennstoffmenge, die an jeden Brennraum geliefert wird, und diese kann auf normalen Toleranzen des Brennstoffeinspritzsystems beruhen. Beispielsweise besitzen Injektoren häufig Durchflusstoleranzen von +/–5% und größer. Injektoren der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung besitzen derzeit eine Durchflusstoleranz von +2,5% und –1,5%.
Aus der WO 99/45254 A1 ist eine Steuerung zum Trimmen der Einspritzung bekannt, bei dem der Reihe nach für alle Zylinder eine Soll-Abgastemperatur mit einer Ist-Abgastemperatur verglichen wird und die Einspritzmenge abhängig von der Temperaturdifferenz verändert wird, und zwar bei zu hoher Temperatur vermindert wird und bei zu niedriger Temperatur vergrößert wird. Der aufgrund der gemessenen Temperaturdifferenz ermittelte Änderungs- bzw. Trimmwert ist auf einen maximal erlaubten Trimmwert begrenzt.
Die DD 249 941 A1 offenbart ein mit einer Verarbeitungsschaltung umgesetztes Verfahren zur Regelung der Zylinderlastverteilung in Verbrennungsmotoren, bei denen die Abgastemperatur jedes einzelnen Zylinders gemessen wird, der Mittelwert aus den einzelnen Abgastemperaturen gebildet wird und die Abweichung der Abgastemperatur eines einzelnen Zylinders vom Mittelwert zur Ansteuerung der Mengen bestimmenden Einstellorgane der dem Zylinder zugeordneten Einspritzung verwendet wird, wobei die Gesamtmenge des in alle Zylinder eingespritzten Kraftstoffs konstant bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Änderung der Ansteuerung von Injektoren den Betrieb eines Verbrennungsmotors zu optimieren, ohne dass dabei eine schwerwiegende Störung eines Injektors überdeckt wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Steuereinheit nach Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
Die Steuereinheit ermöglicht anhand der Überwachung der Abgastemperaturen jedes Brennraums eine Anpassung der in jeden Brennraum eingespritzten Brennstoffmenge, um eine Angleichung der Abgastemperaturen zu erreichen und die Leistung des Motors zu optimieren, indem eine Angleichung der jeweils eingespritzten Brennstoffmenge erreicht wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die vorbestimmte Größe ein vorbestimmter Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur.
Vorzugsweise liegt die vorbestimmte Größe der Temperaturabweichung zwischen 10°C und 30°C und insbesondere bei ungefähr 20°C.
Um zu verhindern, dass größere Fehlfunktionen bzw. Beschädigungen des Verbrennungsmotors überdeckt werden, ist vorzugsweise die Anzahl pro Änderungen für jeden Injektor auf eine bestimmte Anzahl begrenzt. Dadurch kann verhindert werden, dass Änderungen der Abgastemperatur, die nicht innerhalb der Toleranzen der Injektoren liegen oder nicht auf der Menge des eingespritzten Brennstoffs basieren, unerkannt bleiben. Ferner entspricht vorzugsweise die Größe jeder Änderung der Ansteuerung einem vorgegebenen Wert, um eine gleichmäßige Angleichung der Abgastemperaturen zu erreichen. Darüber hinaus ist vorzugsweise die Gesamtgröße der Änderung(en) der Ansteuerung eines jeweiligen Injektors begrenzt. Dies ist wiederum zweckmäßig, um zu verhindern, dass Änderungen der Abgastemperatur eines Brennraums, die nicht innerhalb der Toleranzen der Injektoren liegen oder nicht auf der eingespritzten Brennstoffmenge basieren, und die auf schwerwiegende Fehlfunktionen hindeuten können, überdeckt werden. Dabei wird die Größe jeder Änderung oder die Gesamtgröße der Änderung(en) der Ansteuerung eines jeweiligen Injektors vorzugsweise als ein Prozentsatz der unveränderten Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil bestimmt. Es wird somit die normale Ansteuerung des Injektors gemäß dem Anforderungsprofil als Grundlage für die Limitierung der Größe jeder einzelnen Änderung oder der Gesamtgröße der Änderung(en) herangezogen. Somit ist je nach Anforderungsprofil eine größere oder geringere Änderung möglich. Beispielsweise sind somit bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors im Normallastbetrieb geringere Änderungen der Ansteuerung möglich als bei einem Betrieb im Voll- oder Überlastbetrieb des Motors.
Vorzugsweise liegt die maximale Gesamtgröße der Änderung(en) in einem Bereich von 1 bis 10% und vorzugsweise bei 4%, da beispielsweise Durchflusstoleranzen für die Injektoren in diesem Bereich liegen.
Vorzugsweise werden die obigen Verfahrensschritte zyklisch wiederholt, um über den Motorbetrieb hinweg eine entsprechende Optimierung vorzusehen. Dabei wird nach einer Änderung der Ansteuerung an einem Injektor vorzugsweise eine vorbestimmte Zeitperiode vor der Wiederholung abgewartet, wobei die vorbestimmte Zeitperiode länger ist, als eine normale Zeitperiode zwischen zyklischen Wiederholungen. Hierdurch soll dem System die Möglichkeit gegeben werden, eine durch die Änderung der Ansteuerung bedingte Abgastemperaturänderung zu stabilisieren. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Änderungseinstellungen aufgezeichnet. Eine solche Aufzeichnung ermöglicht bei einer Überprüfung des Motors Unregelmäßigkeiten festzustellen. Darüber hinaus ermöglicht die Aufzeichnung der Änderungseinstellungen, dass diese bei einem Neustart des Verbrennungsmotors beibehalten werden. Wenn die Änderungen auf Herstellungstoleranzen des Brennstoffzuführsystems basieren, kann der Motor bei einem Neustart somit direkt mit den zuvor optimierten Einstellungen betrieben werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die Änderungswerte bei einem Neustart des Verbrennungsmotors zurückgesetzt.
Vorzugsweise wird ferner ermittelt, ob die Abgastemperatur eines Brennraums um mehr als eine weitere vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht, wobei die weitere vorbestimmte Größe größer ist als die erstgenannte vorbestimmte Größe ist, und wobei bei einer entsprechenden Abweichung ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben wird. Da eine zu starke Abweichung der Abgastemperatur eines Brennraums auf eine wesentliche Fehlfunktion hinweist, sollte eine solche Abweichung ohne Verzögerung signalisiert werden.
Die weitere vorbestimmte Größe kann wiederum ein vorbestimmter Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
1 schematisch den Aufbau eines Steuersystems für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Brennräumen;
2 schematisch Teile des Verbrennungsmotors und des Steuersystems;
3 ein Flußdiagramm, das einen Prozeßablauf des Steuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
4 ein Flußdiagramm, das einen Prozeßablauf des Steuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
Die 1 und 2 zeigen schematisch den Aufbau eines Steuersystems 1 für einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Vielzahl von nicht näher dargestellten Brennräumen d. h. Zylindern. Der Verbrennungsmotor 2 ist zur Vereinfachung der Darstellung nur in 2 schematisch dargestellt. 1 zeigt jedoch eine Vielzahl von Injektoren 3a bis 3f, wobei jeweils ein Injektor einem Brennraum des Verbrennungsmotors 2 zugeordnet ist. Die Injektoren 3a bis 3f besitzen jeweils eine in den entsprechenden Brennraum weisende Düsenspitze 4 zum Einspritzen von Brennstoff in den entsprechenden Brennraum. Obwohl in den Figuren sechs Injektoren dargestellt sind, kann natürlich auch eine andere Anzahl von Injektoren und somit Brennräumen vorgesehen sein.
Die Injektoren 3a bis 3f stehen jeweils über eine Brennstoffleitung 6a bis 6f und ein Mengenbegrenzungsventil 8a bis 8f mit einer gemeinsamen Hochdruckleitung 10, die üblicherweise als Common Rail bezeichnet wird, in Verbindung. Die Mengenbegrenzungsventile besitzen eine Durchflussbegrenzungsmenge, die für den gesamten Leistungsbereich des Motors von Nulllast bis Überlast so bemessen ist, dass im Normalbetrieb eine absperrende Anschlaglage nicht erreicht wird. Die Durchflussbegrenzungsmenge liegt um beispielsweise ≥ 30% höher als eine im Nennlastbetrieb erforderliche Brennstoffmenge. Das Common Rail 10 steht wiederum über eine Leitung 12 und eine Hochdruckpumpe 14 mit einem Brennstoffreservoir 16 in Verbindung.
Die Injektoren 3a bis 3f stehen über entsprechende Signalleitungen 20a bis 20f mit einer Steuereinheit 22 in Verbindung, die das Öffnen und Schließen der Injektoren 3a bis 3f, d. h. die Bewegung einer Düsennadel relativ zu einem Düsensitz, in bekannter Art und Weise steuert. Über die Öffnungsdauer des Injektors wird die eingespritzte Brennstoffmenge pro Einspritzzyklus gesteuert.
Die Steuereinheit 22 steht über eine Signalleitung 24 auch mit der Hochdruckpumpe 14 in Verbindung, um deren Betrieb zu steuern.
Die Steuereinheit 22 steht ferner über entsprechende Signalleitungen 30a bis 30f mit Temperatursensoren 32a bis 32f in Verbindung. Die Temperatursensoren 32a bis 32f sind, wie in 2 zu erkennen ist, jeweils an Abgasleitungen 34a bis 34f der einzelnen Brennräume angeordnet, um individuell die Abgastemperatur jedes Brennraums zu messen. Die einzelnen Abgasleitungen 34a bis 34f werden zu einer gemeinsamen Abgasleitung 36 zusammengefasst, in der ein weiterer, optionaler Temperatursensor 38 und ein Turbolader 40 angeordnet sind. Der optionale Temperatursensor 38 kann dazu verwendet werden direkt eine gemittelte Abgastemperatur aller Brennräume zu messen, da in der gemeinsamen Abgasleitung 36 alle Abgase zusammenlaufen.
Obwohl die Signalleitungen 30a bis 30f so dargestellt sind, dass sie direkt in die Steuereinheit 22 laufen, kann zwischen der Steuereinheit 22 und den Signalleitungen eine Abgasüberwachungseinheit vorgesehen sein, die die Signale der Temperatursensoren verarbeitet und in verarbeiteter Form der Steuereinheit 22 zur Verfügung stellt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Steuersystems 1 gemäß einer erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 3 näher erläutert. Die einzelnen Prozessschritte werden dabei durch die Steuereinheit gesteuert.
Im Block 100 wird der Motor gestartet und die einzelnen Injektoren anhand eines Anforderungsprofils angesteuert, wie es in der Technik üblich ist.
Anschließend werden im Block 102 die Temperaturen der Abgase jedes Brennraums individuell gemessen. Die Temperaturmessung erfolgt über die Temperatursensoren 32a–32f und die entsprechenden Temperatursignale werden über die Signalleitungen 30a–30f an die Steuereinheit 22 übertragen.
Anschließend geht die Steuerung zum Block 104 über. Im Block 104 wird eine gemittelte Temperatur T_avg der Abgase aller Brennräume ermittelt. Dies kann mathematisch anhand der Temperatursignale jedes Brennraums erfolgen oder über eine Temperaturmessung des Temperatursensors 38, der an der gemeinsamen Abgasleitung 36 vorgesehen ist und somit einen gemittelten Wert vorsieht.
Anschließend geht die Prozesssteuerung zum Block 106, in dem eine Abweichung T_dev der Abgastemperatur eines Brennraums N gegenüber der gemittelten Temperatur T_avg ermittelt wird. N stellt dabei eine ganze Zahl zwischen 1 und der Anzahl der Brennräume dar und wird beim Start des Steuersystems auf 1 gesetzt.
Im Block 108 wird nachfolgend eine Feststellung getroffen, ob die Abgastemperaturen innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, wobei die vorgegebenen Grenzen einerseits absolute Grenzen darstellen können und andererseits anhand des Anforderungsprofils festgelegt sein können. Bei der Feststellung wird ermittelt, ob der im Block 106 ermittelte Absolutwert von T_dev kleiner als eine erste vorbestimmte Größe ist. Hierdurch wird festgestellt, ob die Temperaturabweichung gegenüber der gemittelten Temperatur innerhalb vorgegebener Grenzen liegt. Dabei kann die erste vorbestimmte Größe eine feste Temperatur von beispielsweise 40°C sein oder ein Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur, wie beispielsweise 10%, und sich somit während des Betriebs des Motors verändern.
Wenn die Abgastemperaturen außerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen zeigt dies eine wesentliche Fehlfunktion des Motors an und die Prozesssteuerung geht zum Block 110 über, in dem eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben, und gegebenenfalls der Betrieb des Motors gestoppt wird.
Wenn die Abgastemperaturen innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen geht die Prozesssteuerung zum Block 112 über. Im Block 112 wird festgestellt, ob der Absolutwert von T_dev kleiner als eine vorbestimmte zweite Größe ist. Hierdurch wird festgestellt, ob die Temperaturabweichung gegenüber der gemittelten Temperatur innerhalb zweiter, engerer vorgegebener Grenzen liegt. Dabei kann die vorbestimmte Größe eine feste Temperatur von beispielsweise 20°C sein oder ein Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur, wie beispielsweise 5%, und sich somit während des Betriebs des Motors verändern.
Wenn der Absolutwert von T_dev kleiner als die vorbestimmte Größe ist zeigt die einen einwandfreien Betrieb des Motors an und die Prozesssteuerung geht zum Block 114 über. Im Block 114 wird N um 1 erhöht, das heißt N wird gleich N + 1 gesetzt.
Anschließend geht die Prozesssteuerung zum Block 116 über, wo festgestellt wird, ob N größer als die Anzahl der Brennräume ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 106 zurück, in dem wiederum eine Temperaturabweichung T_dev der Abgastemperatur des nächsten Brennraums gegenüber der gemittelten Temperatur T_avg ermittelt wird.
Wenn N im Block 116 jedoch größer als die Anzahl der Brennräume ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 118 über. Wenn N größer als die Anzahl der Brennräume ist, zeigt dies an, dass die Temperaturabweichung T_avg für jeden Brennraum gegenüber der gemittelten Temperatur ermittelt und in entsprechender Weise darauf reagiert wurde.
Der Block 118 stellt einen Zeitverzögerungsblock dar, der den Prozess eine vorbestimmte Zeitperiode ruhen lässt, bevor der Prozess wieder in dem Block 102 übergeht und ein neuer Zyklus durchlaufen wird.
Wenn im Block 112 festgestellt wird, dass der Absolutwert von T_dev nicht kleiner als die vorbestimmte Größe ist zeigt dies an, dass der Motor nicht ganz optimal läuft, die Abweichung aber nicht so wesentlich ist, dass eine Fehlermeldung ausgegeben werden muß, und die Prozesssteuerung geht zum Block 120 über. Im Block 120 wird festgestellt, ob eine maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N erreicht wurde. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ist das Steuersystem in der Lage die Ansteuerung der Injektoren 3a–3f, die üblicherweise anhand des Anforderungsprofils gesteuert werden, zu ändern, um die hierüber eingespritzte Brennstoffmenge zu verändern. Dabei soll das Steuersystem jedoch nicht unbegrenzt die Ansteuerung ändern können, so dass eine Änderungsgrenze definiert wird, und zwar beispielsweise als eine prozentuale Änderung der Ansteuerung, die normalerweise gemäß dem Ansteuerungsprofil erfolgen würde.
Wenn im Block 120 festgestellt wurde,. dass die maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N erreicht ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 114 über, wo N wiederum um 1 erhöht wird und die Prozesssteuerung dem schon oben beschriebenen weiteren Prozess folgt. Im Entscheidungsblock 120 wird bei der Bestimmung, ob die maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N erreicht wurde, berücksichtigt, ob eine nachfolgende Änderung einen Schritt von der maximalen Änderungsgrenze weg zu der normalen Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil beinhalten würde, oder einen Schritt über die maximale Änderungsgrenze hinaus. Das heißt, wenn die maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N erreicht ist, und eine nachfolgend geplante Änderung ein Überschreiten der Grenze zur Folge hätte, dann wird diese Änderung nicht zugelassen und es wird zum Block 114 übergegangen.
Wenn die nachfolgend geplante Änderung jedoch einen Schritt weg von der maximalen Änderungsgrenze zu der normalen Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil zur Folge hätte, dann geht die Prozesssteuerung zum Block 122 über. Die Prozesssteuerung geht auch zum Block 122 über, wenn im Block 120 festgestellt wurde, dass die maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N noch nicht erreicht ist. Im Block 122 wird die Ansteuerung des dem Brennraum N zugeordneten Injektors geändert. Die Änderung der Ansteuerung hat ein längeres Öffnen oder schnelleres Schließen des Injektors zur Folge, um die über den Injektor in den Brennraum N eingespritzte Brennstoffmenge zu vergrößern oder zu verringern.
Anschließend geht die Prozesssteuerung wieder zum Block 114 über, in dem der Wert N um 1 erhöht wird und die Prozesssteuerung anschließend dem zuvor beschriebenen Prozessablauf folgt.
Der zuvor beschriebene Prozess stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, und ermöglicht innerhalb vorgegebener Grenzen eine Homogenisierung der Abgastemperaturen der unterschiedlichen Brennräume eines Verbrennungsmotors mit einem Common Rail-Einspritzsystem.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass der jeweilige Änderungsgrad der Ansteuerung für die jeweiligen Injektoren aufgezeichnet wird. Diese aufgezeichneten Werte werden vorzugsweise in einem Permanentspeicher gespeichert und können für unterschiedliche Zwecke, wie beispielsweise einen Systemcheck ausgelesen werden. Darüber hinaus können die aufgezeichneten Werte bei einem Neustart eines Motors für die Ansteuerung der einzelnen Injektoren zugrunde gelegt werden. Im Normalbetrieb des Motors kann hierdurch erreicht werden, dass der Motor bei einem Neustart von Anfang an mit einem optimierten Ansteuerungsprofil betrieben wird. Nach Wartungs- oder Reparaturarbeiten an dem Motor werden die Änderungswerte jedoch bevorzugt wieder auf das normale Ansteuerungsprofil zurückgesetzt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Steuersystems 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 4 näher erläutert. Die einzelnen Prozessschritte werden dabei wiederum durch die Steuereinheit gesteuert.
Im Block 200 wird der Motor gestartet und die einzelnen Injektoren anhand eines Anforderungsprofils angesteuert, wie es in der Technik üblich ist.
Anschließend werden im Block 202 die Temperaturen der Abgase jedes Brennraums individuell gemessen. Die Temperaturmessung erfolgt beispielsweise über die Temperatursensoren 32a–32f und die entsprechenden Temperatursignale werden über die Signalleitungen 30a–30f an die Steuereinheit 22 übertragen.
Im Block 204 wird dann wie zuvor eine gemittelte Temperatur T_avg der Abgase aller Brennräume ermittelt.
Nun geht die Prozesssteuerung zum Block 206 über, in dem eine Abweichung T_dev der Abgastemperatur eines Brennraums N gegenüber der gemittelten Temperatur T_avg ermittelt wird. N stellt dabei eine ganze Zahl zwischen 1 und der Anzahl der Brennräume dar und wird beim Start des Steuersystems auf 1 gesetzt.
Im Block 208 wird nachfolgend eine Feststellung getroffen, ob die Abgastemperaturen innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, wobei die vorgegebenen Grenzen einerseits absolute Grenzen darstellen können und andererseits anhand des Anforderungsprofils festgelegt sein können. Bei der Feststellung wird ermittelt, ob der im Block 206 ermittelte Absolutwert von T_dev kleiner als eine erste vorbestimmte Größe ist. Hierdurch wird festgestellt, ob die Temperaturabweichung gegenüber der gemittelten Temperatur innerhalb vorgegebener erster Grenzen liegt. Dabei kann die erste vorbestimmte Größe eine feste Temperatur von beispielsweise 40°C sein oder ein Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur, wie beispielsweise 10%, und sich somit während des Betriebs des Motors verändern.
Wenn die Abgastemperaturen außerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen zeigt dies eine wesentliche Fehlfunktion des Motors an und die Prozesssteuerung geht zum Block 210 über, in dem eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben, und gegebenenfalls der Betrieb des Motors gestoppt wird.
Wenn die Abgastemperaturen jedoch innerhalb der vorgegebenen ersten Grenzen liegen geht die Prozesssteuerung zum Block 212 über. Im Block 212 wird festgestellt, ob der Absolutwert von T_dev kleiner als eine zweite vorbestimmte Größe ist, die kleiner als die erste vorbestimmte Größe ist. Hierdurch wird festgestellt, ob die Temperaturabweichung gegenüber der gemittelten Temperatur innerhalb zweiter, engerer vorgegebener Grenzen liegt. Dabei kann die zweite vorbestimmte Größe eine feste Temperatur von beispielsweise 20°C sein oder ein Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur, wie beispielsweise 5%, und sich somit während des Betriebs des Motors verändern.
Wenn der Absolutwert von T_dev kleiner als die zweite vorbestimmte Größe ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 214 über. Im Block 214 wird N um 1 erhöht, das heißt N wird gleich N + 1 gesetzt.
Anschließend geht die Prozesssteuerung zum Block 216 über, wo festgestellt wird, ob N größer als die Anzahl der Brennräume ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 206 zurück, in dem wiederum eine Temperaturabweichung T_dev der Abgastemperatur des nächsten Brennraums gegenüber der gemittelten Temperatur T_avg ermittelt wird.
Wenn N im Block 216 jedoch größer als die Anzahl der Brennräume ist, geht die Prozesssteuerung zum Block 218 über. Wenn N größer als die Anzahl der Brennräume ist, zeigt dies an, dass die Temperaturabweichung für jeden Brennraum gegenüber der gemittelten Temperatur ermittelt und in entsprechender Weise darauf reagiert wurde.
Der Block 218 stellt einen Zeitverzögerungsblock dar, der den Prozess eine vorbestimmte Zeitperiode ruhen lässt, bevor der Prozess wieder in dem Block 202 übergeht und ein neuer Zyklus durchlaufen wird.
Bis zu diesem Punkt gleichen sich somit die Prozessabläufe der ersten und zweiten Ausführungsform.
Wenn im Block 212 festgestellt wird, dass der Absolutwert von T_dev kleiner als die zweite vorbestimmte Größe ist, geht die Prozesssteuerung statt zum Block 214 zum Block 220 über.
Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ist das Steuersystem in der Lage die Ansteuerung der Injektoren 3a–3f, die üblicherweise anhand des Anforderungsprofils gesteuert werden, zu ändern, um die hierüber eingespritzte Brennstoffmenge zu verändern. Dabei soll das Steuersystem jedoch nicht unbegrenzt die Ansteuerung ändern können, so dass eine maximale Anzahl von Änderungsschritten definiert wird, die jeweils eine vorgegebene Größe besitzen, und zwar beispielsweise eine prozentuale Änderung der Ansteuerung, gegenüber der Ansteuerung, die normalerweise gemäß dem Ansteuerungsprofil erfolgen würde. Beispielsweise kann ein Änderungsschritt eine Änderung von ±0,5% gegenüber der „normalen” Ansteuerung umfassen.
Im Block 220 wird daher festgestellt, ob die Anzahl der zuvor vorgenommenen Änderungsschritte betreffend den Brennraum N einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 10 erreicht hat. Dabei wird nur die Anzahl von Änderungsschritten weg von einer normalen Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil berücksichtigt. Wenn nach Änderungen weg vom normalen Ansteuerungsprofil ein Änderungsschritt in Richtung des normalen Ansteuerungsprofils vorgenommen wird, wird die Anzahl der Änderungsschritte weg vom normalen Ansteuerungsprofil dementsprechend korrigiert. Die Anzahl der Änderungsschritte zeigt somit an, wie weit die Ansteuerung eines Injektors von seiner normalen Ansteuerung abweicht (beispielsweise fünf Erhöhungen á + 0,5%, d. h. 2,5% Abweichung gegenüber dem normalen Ansteuerungsprofil). Ferner wird auch in Betracht gezogen, ob die nächste Änderung einen Schritt in Richtung der normalen Ansteuerung beinhalten würde oder weg davon.
Wenn im Block 220 nunmehr festgestellt wurde, dass die Anzahl der Änderungen die maximale Anzahl für den Brennraum N erreicht hat und der nachfolgend geplante Änderungsschritt die maximale Anzahl überschreiten würde, geht die Prozesssteuerung zum Block 214 über. Im Block 214 wird N wiederum um 1 erhöht wird und die Prozesssteuerung folgt dem schon oben beschriebenen weiteren Prozess.
Wenn die nachfolgend geplante Änderung jedoch einen Schritt weg von der maximalen Anzahl der Änderungen zu der normalen Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil zur Folge hätte, dann geht die Prozesssteuerung zum Block 222 über. Die Prozesssteuerung geht auch zum Block 222 über, wenn im Block 220 festgestellt wurde, dass die maximale Änderungsgrenze für den Brennraum N noch nicht erreicht ist. Im Block 222 wird die Ansteuerung des dem Brennraum N zugeordneten Injektors geändert. Die Änderung der Ansteuerung hat ein längeres Öffnen oder schnelleres Schließen des Injektors zur Folge, um die über den Injektor in den Brennraum N eingespritzte Brennstoffmenge zu vergrößern oder zu verringern.
Anschließend geht die Prozesssteuerung wieder zum Block 214 über, in dem der Wert N um 1 erhöht wird und die Prozesssteuerung anschließend dem zuvor beschriebenen Prozessablauf folgt.
Der zuvor beschriebenen Prozessabläufe stellen unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung dar, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Bei den zuvor beschriebenen Prozessabläufen erfolgt eine Ermittlung einer Abweichung T_dev der Abgastemperatur jeweils für einen einzigen Brennraum (Blöcke 106/206). Anschließend wird die ermittelte Abweichungen mit bestimmten Grenzwerten verglichen (Blöcke 112/212) und gegebenenfalls eine Anpassung der Ansteuerung des dem jeweiligen Brennraum zugeordneten Injektors vorgenommen (Blöcke 122/222). Im Anschluß wird dann die Abweichung T_dev der Abgastemperatur jeweils für den nächsten Brennraum ermittelt und der entsprechende Wert für die nachfolgenden Schritte bereitgestellt. Alternativ zu dieser sequentiellen Ermittlung der Temperaturabweichung für jeden Brennraum einzeln und der sequentiellen Durchführung der nachfolgenden Schritten (Vergleich mit bestimmten Grenzwerten/ggf. Änderung der Ansteuerung eines Injektors etc.) ist es auch möglich, die Temperaturabweichungen für alle Brennräume oder eine Gruppe der Brennräume gleichzeitig zu ermitteln und die entsprechenden Werte gleichzeitig den nachfolgenden Schritten zur Verfügung zu stellen. Mit anderen Worten kann statt der obigen sequentiellen Verarbeitung der Temperatursignale auch eine parallele Verarbeitung derselben vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Dem Fachmann werden sich zahlreich Modifikationen und Änderungen ergeben, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, der durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Steuereinheit zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Brennräumen, einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Injektoren (3a–3f) zum Einspritzen von Brennstoff in die Brennräume, wobei jedem Brennraum wenigstens ein Injektor zugeordnet ist, und mit einem Common Rail (10) für die Brennstoffzuführung zu der Vielzahl von Injektoren, wobei die Steuereinheit (22) über Signalleitungen (30a–30f) mit Temperatursensoren (32a–32f) verbindbar ist, die jeweils an den Abgasleitungen (34a–34f) der einzelnen Brennräume angeordnet sind, und die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechend einem Verfahren zu steuern, das folgende Schritte enthält: a) Ansteuern der Injektoren (3a–3f) anhand eines Anforderungsprofils; b) Ermitteln der Abgastemperatur jedes Brennraumes; c) Ermitteln einer gemittelten Abgastemperatur der Brennräume; d) Ermitteln, ob die Abgastemperatur eines jeweiligen Brennraums um mehr als eine vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht; e) Ändern der Ansteuerung eines Injektors, der dem jeweiligen Brennraum zugeordnet ist, dessen Abgastemperatur um mehr als die vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht, um einen vorbestimmten Wert, so dass die eingespritzte Brennstoffmenge verändert wird, und f) zyklisches Wiederholen der Schritte d) und e) der Reihe nach für alle Brennräume, wobei der Schritt e) unterbleibt, wenn seine Durchführung zur Überschreitung einer maximal zulässigen Abweichung der Ansteuerung des jeweiligen Injektors gegenüber der unveränderten Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil führen würde.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Änderungen um einen vorbestimmten Wert weg von der unveränderten Ansteuerung gemäß dem Anforderungsprofil für jeden Injektor auf eine bestimmte Anzahl begrenzt ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Größe ein vorbestimmter Prozentsatz der gemittelten Abgastemperatur ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Größe der Temperaturabweichung zwischen 10°C und 30°C liegt.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Größe der Temperaturabweichung bei ungefähr 20°C liegt.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe jeder Änderung oder die Gesamtgröße der Änderung(en) der Ansteuerung eines jeweiligen Injektors als ein Prozentsatz der unveränderten Ansteuerung bestimmt ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtgröße der Änderung(en) auf 10%, vorzugsweise auf 5% der unveränderten Ansteuerung begrenzt ist.
Steuereinheit nach einem der. vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Durchführung des Schrittes f) und Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode, die länger als eine Zeitperiode zwischen zwei zyklischen Wiederholungen innerhalb des Schrittes f) ist, die Schritte a) bis f) erneut durchgeführt werden.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderungseinstellungen aufgezeichnet werden.
Steuereinheit nach Anspruch 9, wobei die Änderungseinstellungen bei einem Neustart des Verbrennungsmotors beibehalten werden.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderungswerte bei einem Neustart des Verbrennungsmotors zurückgesetzt werden.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ermittelt wird, ob die Abgastemperatur eines Brennraums um mehr als eine weitere vorbestimmte Größe von der gemittelten Abgastemperatur abweicht, wobei die weitere vorbestimmte Größe größer als die vorbestimmte Größe ist, und wobei ein Warnsignal bei einer Abweichung ausgegeben wird, die größer als die weitere vorbestimmte Größe ist.