DE102007006341A1

DE102007006341A1 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102007006341A1
Application number: DE102007006341A
Authority: DE
Inventors: Harald Glantschnik; Thomas Fortner; Erwin Kranawetter
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: DE102007006341B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit Bestimmung von verschiedenen Einstellparametern mittels eines elektronischen Steuergeräts in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wobei die Einstellparameter aus einem Grundwert und mindestens einem Korrekturwert gebildet wird, wird ein Korrekturwert in Abhängigkeit von einer geschätzten Brennraumwandtemperatur bestimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 49 329 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Bestimmung der Kraftstoff-Einspritzmenge als Einstellparameter die Wassertemperatur als Ersatzwert für die Brennraumwandtemperatur verwendet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren eingangs genannter Art hinsichtlich seiner Genauigkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
In der Motorelektronik wird insbesondere durch ein elektronisches Steuergerät abhängig von verschiedenen Parametern die Einspritzung (z. B. Einspritzmenge, Einspritzbeginn) und verschiedene andere Einstellparameter einer Brennkraftmaschine, im Folgenden auch kurz Motor genannt, gesteuert.
Ein wichtiger Betriebsparameter ist die Kühlmitteltemperatur (auch kurz Wassertemperatur genannt), die in den meisten Betriebszuständen die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zumindest annäherungsweise wiedergibt. Dieser Parameter hat jedoch seine Schwächen, da die Wassertemperatur über die Temperatur der Wände des Brennraums nur bedingt etwas aussagt und diese Temperatur der Brennraumwand als ein wichtiger Einflussfaktor der Verbrennung angesehen wird.
In einigen Fällen wird die Steuerung der Einspritzung oder anderer Einstellparameter nur teilweise richtig ausgeführt, da die Wassertemperatur, die zur Bestimmung der Steuerungswerte herangezogen wird, und die tatsächliche Temperatur der Brennraumwände stark von einander abweichen.
Erfindungsgemäß soll daher eine Funktion implementiert werden, die die Brennraumwandtemperatur aus den wesentlichen sie verursachenden bekannten Parametern berechnet und sie der Motorelektronik als virtuelle Brennraumwandtemperatur zur Verfügung stellt. Zur Ermittlung der Brennraumwandtemperatur wird ein Modell implementiert, bei dem die Wand als Massepunkt angenommen wird, der eine Wärmezufuhr durch die Verbrennung und eine Wärmeabfuhr durch Kühlung und Ansaugluft erfährt. Bei dieser Realisierung stellt sich für die Temperatur der Brennraumwand ein PT1 Verhalten ein.
Die derart berechnete virtuelle Brennraumwandtemperatur geht in die Korrekturfunktionen der Motorelektronik ein. Es werden zusätzlich zu den bestehenden Korrekturfunktionen die Brennraumwandtemperaturkorrektur über eine neue Funktion („MINMAXADD", siehe auch 2) dazugerechnet. Die Funktion „MINMAXADD" addiert bei ungleichem Vorzeichen der Korrekturwerte, bei gleichem Vorzeichen wird das Minimum oder Maximum der beteiligten Korrekturfunktionen ausgewählt.
Es werden also zu einem Grundwert für eine Einstellgröße, wie beispielsweise der Einspritzmenge (Haupteinspritzmenge oder Piloteinspritzmenge) oder des Einspritzbeginns, diverse Korrekturen hinzugerechnet, die von Umweltbedingungen, aktueller Motordynamik und Brennraumwandtemperatur abhängig sind. Um durch die Korrekturen keine Betriebszustände zu schaffen, bei denen durch die Summe der Korrekturwerte eine insgesamt zu hohe Korrektur vorgenommen wird, werden die Korrekturen auf die erfindungsgemäße besondere Art verrechnet.
Die Verrechnung mit der Dynamischen Korrektur (Dynamikkorrekturwert) verdient dabei besondere Beachtung: Die Dynamische Korrektur und die Brennraumwandtemperatur decken einen ähnlichen Themenbereich des Motorbetriebes ab. Bei instationären Zuständen ändert sich das Verhältnis der Brennraumwandtemperatur zur Kühlmitteltemperatur schnell. Dies wird noch überlagert von etlichen anderen Einflussparametern, die abweichend vom Motortestbetrieb, bei dem hauptsächlich zur empirischen Ermittlung von Grundwerten bzw. Kennfeldwerten stationär gefahren wird, nun ebenfalls instationär vorliegen (z. B. durch Zustände der Einspritzdüsen). Daher benötigt die Motorelelektronik zur besseren Steuerung der Brennkraftmaschine dementsprechend korrigierte Einstellwerte. Die diese instationären Zustände abdeckenden Korrekturen (Brennraumwandtemperaturkorrektur und Dynamische Korrektur) sollen aber nicht einfach addiert werden, weil sie jede für sich einen eigenen Aspekt der dynamischen Verhältnisse am Motor beschreiben, sondern werden über die Funktion „MINMAXADD", wie oben und im Ausführungsbeispiel näher beschrieben, verrechnet. Das bedeutet: wird im Motorbetrieb nur von einer der Korrekturfunktionen Dynamische Korrektur und Brennraumwandtemperaturkorrektur ein Wert ausgegeben, so wird dieser gegebenenfalls zu anderen Korrekturwerten addiert. Werden von beiden Korrekturfunktionen Werte ungleich Null ausgegeben, so werden sie bei ungleichem Vorzeichen zusammengezählt, sonst wird auf das Maximum oder das Minimum begrenzt, so dass nur die größere Korrektur durchschlägt.
Im Falle eines Abstellens des Motor wird die Brennraumwandtemperatur aus der letzten unter Motorlauf verfügbaren Wandtemperatur und einer über der Stillstandszeit berechneten Abkühlkurve berechnet und bei Wiederstart als Initialisierungswert für die Brennraumwandtemperatur zur Verfügung gestellt. Diese Abkühlkurve ist abhängig von der Differenz zwischen Kühlmitteltemperatur und Brennraumwandtemperatur sowie eine negative E-Potenz von der Zeit, so dass nach Ablauf einer bestimmten Zeit die Brennraumwandtemperatur gleich der Kühlmitteltemperatur ist.
Die Erfindung kann zur Bestimmung verschiedener Einstellparameter, wie beispielsweise der Einspritzmenge (Vor- oder Piloteinspritzmenge, Haupteinspritzmenge), des Einspritzzeitpunktes bzw. Einspritzbeginns, des Abstandes zwischen Pilot- und Haupteinspritzzeitpunktes („Pilotabstand") und/oder des Einspritzdrucks (Raildruckes), eingesetzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
1 einen schematischen Funktionsübersichtsplan zur erfindungsgemäßen Bestimmung der Brennraumwandtemperatur und
2 einen schematischen Funktionsübersichtsplan zur erfindungsgemäßen Bestimmung des Einspritzbeginns als Beispiel für einen Einstellparameter in Abhängigkeit von verschiedenen Korrekturwerten.
In 1 ist als gestrichelter Rahmen schematisch ein elektronisches Steuergerät 1 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen angedeutet. Zur Ermittlung einer insbesondere nach einer bestimmten Zeitspanne Δt zu erwartenden Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt), z. B. jeweils für einen nächsten Steuer- oder Regel-Zeitpunkt t + Δt, weist das Steuergerät 1 ein Modul 2 zur Ermittlung eines Verbrennungsanteils ΔT_W1 der Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt), ein Modul 3 zur Ermittlung eines Kühlwasseranteils ΔT_W2 der Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt) und Module 4 bzw. 5 zur Ermittlung eines Ansaugluftanteils ΔT_W1 der Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt) auf. Das Modul 5 kommt im Fall eines Vorliegens des Schubbetriebs S zum Einsatz. Anderenfalls kommt das Modul 4 zum Einsatz. Hierdurch wird der Kühleffekt der Ansaugluft auf die Brennraumwand berücksichtigt, und zwar unterschiedlich abhängig davon, ob sich das Fahrzeug im Schubbetrieb oder im Normalbetrieb befindet. Durch das Modul 3 wird der Wärmestrom vom Kühlwasser zur Brennraumwand berücksichtigt.
Insgesamt werden über die Module 2 bis 5, die insbesondere entsprechende Kennfelder oder Algorithmen enthalten können, die Anteile der Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern Drehzahl n, momentane Einspritzmenge (hier Haupteinspritzmenge) ME(t), Kühlmitteltemperatur T_K, Ansauglufttemperatur T_L, Luftmasse dm/dt und momentane Brennraumwandtemperatur T_W(t) bestimmt, die entweder Eingangssignale des Steuergeräts 1 sind oder vom Steuergerät 1 selbst ermittelt werden. Hierbei werden gemäß 1 die Anteile beispielsweise in einem Addierglied aufsummiert. Die Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt) wird anschließend im Block 6 beispielsweise in Form einer Integration zur zuletzt ermittelten Brennraumwandtemperatur T_W(t) hinzuaddiert, um die neue geschätzte Brennraumwandtemperatur T_W = T_W(t + Δt) zu erhalten.
In anderen Worten zeigt 1 also ein Struktogramm der Berechnung der Brennraumwandtemperatur. Die Brennraumwandtemperatur wird fortschreitend gerechnet. Zum Zeitpunkt t (Ausgangstemperatur) existiert eine bestimmte Brennraumwandtemperatur T_W(t). Abhängig von verschiedenen Betriebsparametern wird eine Brennraumwandtemperaturänderung ΔT_W(t + Δt) berechnet, die auf die Ausgangstemperatur aufgeschlagen wird. Diese Summe gilt zum Zeitpunkt t + Δt als die neue Brennraumwandtemperatur T_W(t + Δt).
In 2 ist schematisch die Bestimmung des Einspritzbeginns SB(t + Δt), durch das Steuergerät 1 jeweils für einen nächsten Steuer- oder Regel-Zeitpunkt t + Δt dargestellt.
Grundsätzlich wird der Einspritzbeginn SB(t + Δt) aus einem Grundwert GW und mindestens einem Korrekturwert KW beispielsweise durch Addition gebildet.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Korrekturwert KW3 in Abhängigkeit von der geschätzten Brennraumwandtemperatur T_W(t + Δt) und gegebenenfalls den weiteren Betriebsparametern n, ME(t) und T_K, bestimmt.
Aus dem von der Brennraumwandtemperatur T_W(t + Δt) abhängigen Korrekturwert KW3 und einem weiteren definierten Korrekturwert (KW2), der beispielsweise ein Dynamikkorrekturwert ist, kann vorzugsweise ein gemeinsamer Korrekturwert (KW4) gebildet werden. Der Dynamikkorrekturwert berücksichtigt in bekannter Weise kleinere Fehler durch Kennfeldwerte, die im stationären Zustand ermittelt und abgespeichert werden, aber im instationären Zustand verwendet werden. Zur Bildung des gemeinsamen Korrekturwertes KW4 werden die beiden Korrekturwerte KW2 und KW3 bei ungleichen Vorzeichen addiert. Anderenfalls wird bei gleichen Vorzeichen der beiden Korrekturwerte KW3 und KW2 zur Bildung des gemeinsamen Korrekturwertes KW4 das betragsmäßige Maximum der beiden Korrekturwerte KW3 und KW2 ausgewählt (Funktion „MINMAXADD"). Der gemeinsame Korrekturwert KW4 kann mit weiteren Korrekturwerten, hier beispielsweise mit einem Umweltkorrekturfaktor KW1, zu einem Gesamtkorrekturwert KW addiert werden.
Durch die Erfindung wird eine bessere Anpassung des Motors an seine wechselnden Betriebsbedingungen erreicht, vor allem für spezielle Bedingungen wie z. B. nach Schubphasen oder nach Kaltstart. Hierdurch werden Emissionen, Rundlauf, Leistungsentfaltung und Geräusch verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19849329 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit Bestimmung von verschiedenen Einstellparametern mittels eines elektronischen Steuergeräts in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wobei die jeweiligen Einstellparameter aus einem Grundwert und mindestens einem Korrekturwert gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturwert (KW3) in Abhängigkeit von einer geschätzten Brennraumwandtemperatur (T_W) bestimmt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwandtemperatur (T_W) in Abhängigkeit von der momentanen Einspritzmenge (ME) und/oder von der momentanen Drehzahl (n) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwandtemperatur (T_W) auch in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur (T_K) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwandtemperatur (T_W) auch in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur (T_L) und der Luftmasse (dm/dt) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwandtemperatur (T_W) auch in Abhängigkeit vom Vorliegen des Schubbetriebs (S) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem von der Brennraumwandtemperatur (T_W) abhängigen Korrekturwert (KW3) und einem weiteren definierten Korrekturwert (KW2) ein gemeinsamer Korrekturwert (KW4) gebildet wird, wobei zur Bildung des gemeinsamen Korrekturwertes (KW4) die beiden Korrekturwerte (KW3, KW2) bei ungleichen Vorzeichen addiert werden und wobei bei gleichen Vorzeichen der beiden Korrekturwerte (KW3, KW2) zur Bildung des gemeinsamen Korrekturwertes (KW4) das betragsmäßige Maximum der beiden Korrekturwerte (KW3, KW2) ausgewählt wird.