DE102008063756B4

DE102008063756B4 - Motorsteuerung

Info

Publication number: DE102008063756B4
Application number: DE102008063756.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Jones Stephen John; Thomas Winkler; Andreas Walter; Mustafa Murt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: DE102008063756A1

Abstract

Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Kurbelwelle zumindest bestehend aus einem abhängig von einem Drehzahlsignal der Kurbelwelle betriebenen Leerlaufregler (1) zumindest mit einem Proportionalanteil (5) und einem Integralanteil (6), wobei die Drehzahl der Kurbelwelle inkrementell bestimmt wird, wobei abhängig von der ermittelten Drehzahl eine Einspritzmenge für den Verbrennungsmotor (10) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine für den Proportionalanteil (5) verwendete erste Drehzahl aus der Bestimmung einer Inkrementalgeschwindigkeit innerhalb eines Arbeitstaktes eines Zylinders und eine für den Integralanteil verwendete zweite Drehzahl mittels einer über mehrere Arbeitstakte gemittelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit einem Regler zur Regelung der Einspritzmenge während des Leerlaufs abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle.
Derartige Regler sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Allgemeinen wird die Drehzahl der Kurbelwelle inkrementell mittels eines Zahnkranzes, der mit der Kurbelwelle dreht, und eines Winkelsensors, der die durch die Drehung der Zähne induzierten Inkremente erfasst, ermittelt, indem die Anzahl der innerhalb eines Zeitintervalls den Winkelinkrementsensor passierenden Zähne gezählt werden und durch Mittelung über die Inkremente die Drehzahl berechnet wird. Wegen der Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors wird dabei über mindestens einen Arbeitstakt eines Zylinders gemittelt, so dass eine mittels des Reglers bestimmte Einspritzmenge frühestens dem übernächsten Arbeitstakt des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt werden kann.
Die DE 36 09 245 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine. Die DE 694 01 503 T2 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine beim Schalten im Leerlaufdrehzahlbereich. Die DE 27 42 057 A1 offenbart ein Gerät und ein Verfahren zum Messen von Relativ- und Teilarbeitsspieldrehzahlen bei der Diagnose von Verbrennungsmotoren.
Durch Einwirkung der Drehungleichförmigkeiten auf den Antriebsstrang können drehelastische Elemente wie beispielsweise Zweimassenschwungräder abhängig von deren Verdrehwinkel so angeregt werden, dass sie Rückmomente auf den Verbrennungsmotor ausüben, die zu den harmonischen Schwingungen der Arbeitstakte phasenverschoben sind, wodurch so genannte subharmonische Schwingungen an der Kurbelwelle auftreten, die vom Regler in seiner mittelnden Arbeitsweise integrativ erfasst werden, wobei die Regelantwort in Form einer entsprechend korrigierten Einspritzmenge zu spät in einem zeitlich verzögerten Arbeitstakt appliziert wird. Eine Korrektur des zeitlich verzögerten Einspritzverhaltens kann mittels einer Reglerparametrierung nur in einem engen Bereich erfolgen, wobei die Grenzen beispielsweise durch Lastwechselanfälligkeit einerseits und Anfälligkeit gegenüber subharmonischen Schwingungen andererseits vorgegeben sind.
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist die Verbesserung eines Motorsteuergeräts, wobei kein zusätzlicher Aufwand an Bauteilen investiert werden soll und insbesondere ein besseres Verhalten gegenüber Lastwechseln und subharmonischen Schwingungen angestrebt werden soll.
Die Aufgabe wird mittels eines Motorsteuergeräts für einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle zumindest bestehend aus einem abhängig von einem Drehzahlsignal der Kurbelwelle betriebenen Regler zumindest mit einem Proportional- und einem Integralanteil gelöst, wobei die Drehzahl der Kurbelwelle inkrementell bestimmt wird, abhängig von der ermittelten Drehzahl eine Einspritzmenge für den Verbrennungsmotor festgelegt wird und eine für den Proportionalanteil verwendete erste Drehzahl aus der Bestimmung einer Inkrementalgeschwindigkeit innerhalb eines Arbeitstaktes eines Zylinders und eine für den Integralanteil verwendete zweite Drehzahl mittels einer über mehrere Arbeitstakte gemittelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.
Unter Inkrementalgeschwindigkeit ist dabei der zeitabhängig zurückgelegte Winkel zwischen zwei Inkrementen zu verstehen. Die Inkrementalgeschwindigkeit ω(i) kann anhand eines Zahnkranzes, bei dem die Zähne als Inkrementalgeber für einen Winkelinkrementsensor, beispielsweise einen Induktivsensor, dienen, mittels nachfolgender Gleichung beschrieben werden: $ω (i) = 2 π/ Z*T (i) .$
Dabei bedeutet Z die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes und T(i) das Zeitintervall zwischen zwei Zähnen. Wird beispielsweise ein Zahnkranz mit 60 Zähnen verwendet, wobei jeder Zahnkopf am Winkelinkrementsensor ein Signal erzeugt, entstehen über eine Umdrehung des Zahnkranzes sechzig Inkremente, es kann daher ein Winkel von 6° aufgelöst werden. Durch Ermittlung des Zeitintervalls T(i) und Berechnung der Inkrementalgeschwindigkeit kann der Proportionalanteil frühzeitig, nämlich innerhalb des aktuellen Arbeitstaktes, bestimmt und die daraus abgeleitete Einspritzmenge bereits im nächsten Arbeitstakt appliziert werden.
Dabei kann die Einspritzmenge neben dem Proportionalanteil zusätzlich mittels des über längere Zeit auflaufenden Integralanteils und gegebenenfalls eines differentiellen Anteils gebildet werden, wobei die den Regelanteilen zugrundeliegenden Bestimmungen der Drehzahlen unterschiedlich sind. So kann beispielsweise der integrale Anteil auf Basis einer Mittelung der Drehzahl über 180° bis 900°, vorzugsweise über 720° bestimmt werden. Auf diese Weise können vorteilhafterweise die langfristige Einhaltung der Drehzahl des Verbrennungsmotors eingehalten und Zylinderfehler ausgeglichen werden. Enthält der Regler zusätzlich einen differentiellen Anteil, kann diesem wie dem Proportionalanteil die erste Drehzahl auf Basis der Inkrementalgeschwindigkeit unterlegt werden.
In besonderen Ausführungsbeispielen kann die erste Drehzahl aus mehreren Inkrementalgeschwindigkeiten gemittelt werden. Wegen der hohen Winkelauflösung können mehrere Inkremente innerhalb eines Arbeitstaktes erfolgen, so dass trotz einer Mittelung mit höherer Signalverlässlichkeit infolge einer zumindest teilweisen Eliminierung von Sensorrauschen innerhalb eines Arbeitstaktes ein neuer Wert für die Einspritzmenge bestimmt werden kann. Bekanntermaßen erstreckt sich beispielsweise ein Arbeitstakt eines Vierzylindermotors über einen Kurbelwellenwinkel von 180°, so dass bei Verwendung eines Zahnkranzes mit sechzig Zähnen selbst bei Mittelung über zehn Zähne noch genügend Zeit zur Berechnung der auf dem Proportionalanteil beruhenden Einspritzmenge und deren Einspritzung im nächsten Arbeitstakt verbleibt.
Durch eine Entkoppelung des Proportionalanteils der Leerlaufregelung vom Integralanteil wird die Recheneinheit des Motorsteuergeräts infolge des verminderten Rechenaufwands durch Wegfall der Mittelung über große Winkel weniger belastet. Die Totzeit für den nicht linearen Regelkreis nimmt ab. Durch die häufigeren Regelvorgänge des Proportionalanteils können subharmonische Schwingungen besser ausgeregelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors die mittels einer inkrementellen Bestimmung durch eine Auswertung der Zeitabstände zwischen zwei Zähnen gewonnene Drehzahl als Rückführgröße verwendet. Demgemäß ergibt sich in einem PI-Regler folgender rechnerischer Zusammenhang für eine Regelgröße M $M = K (p) * (n (soll) - n (ist, p)) + K (i) * \int (n (soll) - n (ist, i) dt .$
Abhängig von den beiden Konstanten K(p) für den Proportionalanteil und K(i) für den Integralanteil erhält die Regelgröße M die entsprechende Dimension, beispielsweise eine Einspritzmenge. Die übrigen Variablen bezeichnen mit n(soll) die Solldrehzahl, die als Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors eingeregelt werden soll, mit n(ist, p) die inkrementelle, auf Basis der Inkrementalgeschwindigkeit ermittelte Drehzahl für den Proportionalanteil, mit n(ist, i) die über einen weiten Winkel der Kurbelwelle gemittelte Drehzahl für den Integralanteil.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit schnell ansteuerbaren Einspritzventilen, beispielsweise Piezo-Injektoren, kann vorgesehen sein, dass ein auf Basis einer mittleren Einspritzmenge, beispielsweise einer für die Solldrehzahl nötigen Einspritzmenge, erfolgende Haupteinspritzmenge mittels einer vom Proportionalanteil korrigierten Nacheinspritzmenge komplettiert wird, wenn die Drehzahl aufgrund eines Störeinflusses, beispielsweise wegen eines antriebs- oder abtriebsseitigen Lasteintrags abgesenkt wird. Bei Einspeisung eines Rückmoments auf die Kurbelwelle kann es entsprechend vorteilhaft sein, wenn ein auf Basis einer mittleren Einspritzmenge erfolgende Haupteinspritzmenge mittels einer vom Proportionalanteil ermittelten Einspritzmenge unvollständig eingespritzt wird. Weiterhin kann bei Verwendung eines differentiellen Anteils eine auf Basis einer mittleren Einspritzmenge erfolgende Haupteinspritzmenge mittels eines Quotienten aus Proportionalanteil und differentiellen Anteil korrigiert werden.
Das wie oben beschrieben ausgelegte Motorsteuergerät kann insbesondere zur Steuerung eines Verbrennungsmotors in vorteilhafter Weise verwendet werden, der in einem Antriebsstrang mit einem Getriebe und einem Zweimassenschwungrad, dessen Eingangsteil mit der Kurbelwelle und dessen Ausgangsteil mit dem Getriebe verbindbar ist, vorgesehen ist. Derartige Antriebsstränge neigen insbesondere dann zur Bildung von subharmonischen Schwingungen, wenn das Zweimassenschwungrad an den als Dieselmotor ausgestalteten Verbrennungsmotor angepasst werden muss.
Die Erfindung wird anhand einer einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt einen in ein Motorsteuergerät integrierten Leerlaufregler 1 in schematischer Darstellung. Der Leerlaufregler 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als PI-Regler mit einem Proportionalanteil 5 und einem Integralanteil 6 ausgeführt. Am Knotenpunkt 2 liegt die Solldrehzahl n(soll) in Form der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl, beispielsweise 780 1/min. In den Vergleichseinheiten 3, 4 wird die Solldrehzahl n(soll) jeweils getrennt durch die integrale Ist-Drehzahl n(ist, i) und die proportionale Ist-Drehzahl n(ist,p) korrigiert. In den Berechnungseinheiten 7, 8 werden die korrigierten Drehzahlen n(korr, p) und n(korr, i) für den Integral- und Proportionalanteil getrennt in die Motormomente M(korr, p) und M(korr, i) des Integral- und Proportionalanteils berechnet und in der Vergleichseinheit 9 zusammengeführt und gegebenenfalls untereinander gewichtet. Sollte zusätzliche Momentanforderungen M(W), beispielsweise Lastanforderungen von einer Klimaanlage oder von elektrischen Verbrauchern, nötig sein, werden diese ebenfalls in der Vergleichseinheit eingespeist.
Das auf diese Weise gebildete korrigierte Motormoment M(korr) wird als Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor 10 übertragen, dessen Einspritzeinrichtung aus dem korrigierten Motormoment M(korr) die nötige Einspritzmenge bestimmt und beispielsweise mittels Einspritzventilen in den aktuell zu befeuernden Zylinder des Verbrennungsmotors 10 einspritzt. Der Verbrennungsmotor 10 gibt das Ist-Moment M(ist) an den Abtrieb 11, beispielsweise an ein Zweimassenschwungrad, ab. In den Abtrieb können zusätzliche Lastmomente M(L) eingetragen werden. Der Abtrieb 11 überträgt ein Abtriebsmoment M(ab) auf weitere Abtriebsbauteile, das wegen dessen nichtlinearer und elastischer Eigenschaften phasengewandelt sein kann. Durch die mechanische Verbindung des Verbrennungsmotors 10 mit dem Abtrieb beeinflussen diese Eigenschaften das Motormoment, indem Rückmomente M(R) in den Verbrennungsmotor eingespeist werden, die beispielsweise subharmonische Form aufweisen können, so dass die Regelung der Leerlaufdrehzahl gestört wird. Der virtuelle Filter 12 deutet dabei lediglich an, dass das störungsbehaftete Abtriebsmoment M(ab) nur teilweise als Rückmoment M(R) auf den Verbrennungsmotor rückgeführt wird.
Der Abtrieb 11 treibt weitere Abtriebsbauteile wie beispielsweise eine - nicht dargestellte - Getriebeeingangswelle mit der Ist-Drehzahl n(ist) an. Die Ist-Drehzahl n(ist) wird abhängig von Integralanteil und Proportionalanteil unterschiedlich ermittelt. In der Ermittlungseinheit 13, 14 wird mittels eines mit der Ist-Drehzahl n(ist) drehenden Zahnkranzes und eines Winkelinkrementsensors die Ist-Drehzahl n(ist) inkrementell erfasst. Dabei werden zur Erfassung der integralen Ist-Drehzahl n(ist, i) die Inkremente über einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise 180° erfasst und über die während des Erfassungszeitraums verstrichene Zeit gemittelt. Auf diese Weise steht für den integralen Regelungsanteil ein Langzeitsignal zur Verfügung.
Die proportionale Ist-Drehzahl n(ist,p) wird mittels der Inkrementalgeschwindigkeit ermittelt, bei der ein Zeitintervall zwischen zwei Inkrementen, also zwei Zähnen erfasst wird, so dass mit geringem Rechenaufwand im Zeitraum der Bestimmung der integralen Ist-Drehzahl eine Vielzahl von Messwerten für die proportionale Ist-Drehzahl zur Verfügung steht, so dass der Proportionalanteil verglichen mit den Verbrennungsmotor 10 störenden, vom Abtrieb 11 eingetragenen subharmonischen Schwingungen schneller bestimmt werden kann, so dass diese zumindest teilweise mittels des Proportionalanteils ausgeregelt werden können. Der Proportionalanteil kann dabei so schnell bestimmt werden, dass eine Korrektur eines gestörten Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors bereits im nächsten Arbeitstakt möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Leerlaufregler
2: Knotenpunkt
3: Vergleichseinheit
4: Vergleichseinheit
5: Integralanteil
6: Proportionalanteil
7: Berechnungseinheit
8: Berechnungseinheit
9: Vergleichseinheit
10: Verbrennungsmotor
11: Abtrieb
12: Virtueller Filter
13: Ermittlungseinheit
14: Ermittlungseinheit

Claims

Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Kurbelwelle zumindest bestehend aus einem abhängig von einem Drehzahlsignal der Kurbelwelle betriebenen Leerlaufregler (1) zumindest mit einem Proportionalanteil (5) und einem Integralanteil (6), wobei die Drehzahl der Kurbelwelle inkrementell bestimmt wird, wobei abhängig von der ermittelten Drehzahl eine Einspritzmenge für den Verbrennungsmotor (10) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine für den Proportionalanteil (5) verwendete erste Drehzahl aus der Bestimmung einer Inkrementalgeschwindigkeit innerhalb eines Arbeitstaktes eines Zylinders und eine für den Integralanteil verwendete zweite Drehzahl mittels einer über mehrere Arbeitstakte gemittelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.
Motorsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerlaufregler (1) zusätzlich einen differentiellen Anteil enthält, für dessen Bestimmung die erste Drehzahl verwendet wird.
Motorsteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Proportionalanteil (5) und/oder differentieller Anteil innerhalb eines Arbeitstaktes eines Zylinders ermittelt werden und die aus Proportional-, integral- und gegebenenfalls differentiellem Anteil ermittelte Einspritzmenge im nächsten Arbeitstakt eingespritzt wird.
Motorsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl aus mehreren gemittelten Inkrementalgeschwindigkeiten innerhalb eines Arbeitstaktes gemittelt wird.
Motorsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehzahl über einen Winkel der Kurbelwelle größer gleich 180° und kleiner gleich 720° ermittelt wird.
Motorsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Basis einer mittleren Einspritzmenge erfolgende Haupteinspritzmenge mittels einer vom Proportionalanteil (5) korrigierten Nacheinspritzmenge komplettiert wird.
Motorsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Basis einer mittleren Einspritzmenge erfolgende Haupteinspritzmenge infolge einer vom Proportionalanteil (5) ermittelten Einspritzmenge unvollständig eingespritzt wird.
Motorsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Basis einer mittleren Einspritzmenge erfolgende Haupteinspritzmenge mittels eines Quotienten aus Proportionalanteil (5) und differentiellem Anteil korrigiert wird.
Antriebsstrang mit einem von einem Motorsteuergerät gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 gesteuerten Verbrennungsmotor (10), einem Getriebe und einem Zweimassenschwungrad, dessen Eingangsteil mit der Kurbelwelle und dessen Ausgangsteil mit dem Getriebe verbindbar ist.