DE10206030B4 - Verfahren zum Anpassen eines Einspritzparameters eines Verbrennungsmotors an instationäre bzw. dynamische Vorgänge - Google Patents
Verfahren zum Anpassen eines Einspritzparameters eines Verbrennungsmotors an instationäre bzw. dynamische Vorgänge Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren
zum Anpassen eines Einspritzparameters eines Verbrennungsmotors
an instationäre
Vorgänge,
wobei
der Einspritzmengen-Sollwert EM nach der Zeit abgeleitet und anschließend einer Filterung unterzogen wird,
das gefilterte Signal anhand einer Kennlinie in einen ersten Korrekturfaktor K1 umgesetzt wird,
abhängig von dem Einspritzmengen-Sollwert EM und der Motordrehzahl nM anhand eines Kennfeldes ein dynamischer Korrektorgrundwert DK ermittelt wird, und
der erste Korrekturfaktor K1 und der dynamische Korrekturgrundwert DK multipliziert werden, um so einen Gesamtkorrekturwert GK für den anzupassenden Einspritzparameter zu erhalten.
der Einspritzmengen-Sollwert EM nach der Zeit abgeleitet und anschließend einer Filterung unterzogen wird,
das gefilterte Signal anhand einer Kennlinie in einen ersten Korrekturfaktor K1 umgesetzt wird,
abhängig von dem Einspritzmengen-Sollwert EM und der Motordrehzahl nM anhand eines Kennfeldes ein dynamischer Korrektorgrundwert DK ermittelt wird, und
der erste Korrekturfaktor K1 und der dynamische Korrekturgrundwert DK multipliziert werden, um so einen Gesamtkorrekturwert GK für den anzupassenden Einspritzparameter zu erhalten.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines oder mehrerer Einspritzparameter eines Verbrennungsmotors an instationäre bzw. dynamische Vorgänge, insbesondere instationäre bzw. dynamische Vorgänge in einem Dieselmotor.
- Heutige Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren sind mit digitalen Steuereinrichtungen ausgestattet, die die verschiedenen Einspritzparameter des Motors steuern. Herkömmliche Steuerungen der Einspritzparameter sind jedoch lediglich auf stationäre Vorgänge ausgelegt. Herkömmliche digitale Motorsteuereinrichtungen sind somit nicht in der Lage, auf instationäre Vorgänge, d.h. dynamische Gaspedalbewegungen zu reagieren und ermöglichen keine Unterscheidung der Auslegungsparameter (Einspritzdruck, Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge und Voreinspritzung) für stationäre und instationäre Vorgänge.
- Instationäre Vorgänge sind vor allem bei Dieselmotoren von Nachteil, da sie zu einem erheblichen Anstieg des Verbrennungsgeräusches führen. Es ist grundsätzlich erstrebenswert beim Verbrennungsmotorenbau, die Akustikproblematik (d.h. harte Verbrennung) und das Emissionsverhalten in den Griff zu bekommen, ohne jedoch die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors zu beeinträchtigen. Diese Problematik tritt in besonderer Weise bei dem Beschleunigungsvorgang eines aufgeladenen Motors auf, da beispielsweise ein Abgasturbolader in der Regel den für eine optimale Gemischbildung erforderlichen Ladedruck erst mit gewisser Verzögerung aufbauen kann. Dagegen kann der Raildruckanstieg bei einem dynamischen Vorgang im allgemeinen ohne wesentliche Verzögerung durchgeführt werden. Insbesondere in der Anfangsphase einer Beschleunigung kommt es daher zu einer Gemischbildung, die sich nachteilig auf das Akustikverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt.
- In der DE-A-198 48 166 wird zur Lösung dieser Problematik ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und einer Hochdruckeinspritzung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, vorgeschlagen, wobei wenigstens eine Pumpe den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert und der Raildruck in Abhängigkeit von Fahrbetriebsbedingungen und Fahranforderungen gewählt wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Raildruck bei einem Beschleunigungsvorgang derart gewählt wird, daß zunächst ein Raildruckgradient mit kleiner oder negativer Steigung und im weiteren Verlauf des Beschleunigungsvorganges ein zunehmend größerer Raildruckgradient verwendet wird.
- Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die Druckschriften
DE 39 30 396 A1 ,DE 43 23 244 A1 , DE 197 22 253 A1 undEP 0 894 187 B1 hingewiesen, die alle Verfahren zur Korrektur von Einspritzparametern offenbaren. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anpassen einer oder mehrerer Einspritzparameter eines Verbrennungsmotors an instationäre bzw. dynamische Vorgänge anzugeben. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
- Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, für den anzupassenden Einspritzparameter abhängig von den Eingangsgrößen mittlere Motordrehzahl nM und Einspritzmengen-Sollwert EM einen dynamischen Korrekturgrundwert DK sowie einen Korrektur- bzw. Gewichtungsfaktor K1 zu ermitteln, die multipliziert werden und als Gesamtkorrekturwert GK des zu korrigierenden Einspritzparameters ausgegeben werden.
- Dieses erfindungsgemäße Grundprinzip zum Anpassen eines Einspritzparameters eines Verbrennungsmotors an instationäre Vorgänge wird erfindungsgemäß auf eine Korrektur des Einspritzzeitpunktes der Haupteinspritzung, auf eine Korrektur des Spritzabstandes von Voreinspitzung zu Haupteinspritzung und/oder auf eine Korrektur des Raildruckes angewendet. Die Ermittlung des dynamischen Korrekturgrundwertes DK und des Korrekturfaktors K1 erfolgt dabei erfindungsgemäß anhand eines Kennfeldes bzw. einer Kennlinie. Dieses Kennfeld bzw. diese Kennlinie ist an den zu korrigierenden Einspritzparameter angepaßt, d.h. abhängig vom zu korrigierenden Einspritzparameter (Einspritzzeitpunkt, Spritzabstand oder Raildruck) werden entsprechende Kennfelder bzw. Kennlinien in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Mit den gegeben Eingangsgrößen mittlere Motordrehzahl nM und Einspritzmengen-Sollwert EM werden die entsprechenden Faktoren DK bzw. K1 aus den jeweiligen Kennfeldern bzw. Kennlinien ausgelesen.
- Für den Fall der erfindungsgemäßen Korrektur mehrerer der genannten Einspritzparameter wird das geschilderte Grundprinzip jedem einzelnen Korrekturvorgang zugrunde gelegt unter Auswahl entsprechender Kennfelder bzw. Kennlinien.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anpassen eines oder mehrerer Einspritzparameter eines Verbrennungsmotors, insbesondere Dieselmotors, an instationäre bzw. dynamische Vorgänge zeichnet sich dadurch aus, daß der Einspritzmengen-Sollwert EM zunächst nach der Zeit abgeleitet und anschließend einer Filterung unterzogen wird. Das gefilterte Signal wird anhand einer Kennlinie in einen ersten Korrekturfaktor K1 für den zu korrigierenden Einspritzparameter umgesetzt. Parallel dazu wird abhängig von dem Einspritzmengen-Sollwert EM und der Motordrehzahl nM anhand eines Kennfeldes ein dynamischer Korrekturgrundwert DK für den zu korrigierenden Einspritzparameter ermittelt. Abschließend wird der erste Korrekturfaktor K1 mit dem dynamischen Korrekturgrundwert DK multipliziert. Das Ergebnis stellt den erfindungsgemäßen Gesamtkorrekturwert GK für den anzupassenden Einspritzparameter dar.
- Zur Berücksichtigung von äußeren Umgebungsbedingungen wird der ermittelte Gesamtkorrekturwert GK vorzugsweise mit mindestens einem weiteren Korrekturfaktor multipliziert. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird dabei die gemessene Ansauglufttemperatur TL berücksichtigt, die mittels eines entsprechenden Kennfeldes in einen zweiten Korrekturfaktor KTL umgewandelt wird. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird der gemessene Atmosphärendruck pL über eine entsprechende Kennlinie in einen dritten Korrekturfaktor KpL umgewandelt. Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird die Motortemperatur TM gemessen und ebenfalls über eine entsprechende Kennlinie in einen vierten Korrekturfaktor KTM umgewandelt. Weiter bevorzugt werden nicht nur einer dieser weiteren Korrekturfaktoren sondern zwei oder besonders bevorzugt sogar drei der zusätzlichen Korrekturfaktoren bei der Ermittlung des Gesamtkorrekturwertes GK berücksichtigt.
- In dem für die Ermittlung des dynamischen Korrekturgrundwertes DK vorgesehenen Kennfeld wird über die X-Achse die Motordrehzahl und über die Y-Achse der Einspritzmengen-Sollwert aufgetragen. Für die erfindungsgemäße Anpassung des Einspritzzeitpunktes ist somit in dem Kennfeld die Einspritzzeitpunktkorrektur DK in Abhängigkeit von der Motordrehzahl nM und dem Einspritzmengen-Sollwert EM dargestellt. Entsprechendes gilt für die Spritzabstandkorrektur und die Raildruckkorrektur.
- Die Filterung der nach der Zeit abgeleiteten Einspritzmengenanforderung (resultierend aus der Gaspedalbewegung) erfolgt vorzugsweise mittels eines PT1-Filters. Dieses Filter unterscheidet zwischen positiver und negativer Flanke des hereinkommenden Signals (d.h. der Ableitung der Einspritzmenge). Ferner sind vorzugsweise für jede Flanke auch mindestens zwei, vorzugsweise drei, Teilbereiche durch das Setzen von entsprechenden Schwellen definiert. Im Fall von drei Teilbereichen je Flanke ergeben sich hiermit sechs getrennt applizierbare Filterzeitkonstanten. Das Ziel der Filterung liegt darin, die positive Flanke des Signals in einer möglichst kurzen Filterzeit direkt durchzuschalten, um so eine schnelle Reaktion auf den vorliegenden dynamischen Vorgang (d.h. instationäre Gaspedalbewegung) zu ermöglichen. Die negative Flanke wird jedoch mit längeren Filterzeitkonstanten verzögert durchgeschaltet, was ein langsames Abklingen bewirkt, aber auch störende Schwingungen (Jittern) verhindert.
- Der Ausgangswert des Filters wird vorzugsweise noch auf zulässige Minimal- bzw. Maximalwerte überprüft und gegebenenfalls begrenzt.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Erkennen instationärer Vorgänge wie etwa Beschleunigungen ermöglicht. Über die applizierte Kennlinie für den Korrekturfaktor K1 kann entschieden werden bzw. eingestellt werden, ab welchem Gradienten des instationären Vorganges eine Reaktion der Steuerung erfolgen soll. Diese Reaktion kann erfindungsgemäß anhand der Kennlinie bzw. des Kennfeldes für jeden Motorbetriebspunkt einzeln in ihrer Größe und Richtung festgelegt werden.
- Die Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, daß die bereitgestellte Dynamikfunktion für Akustikzwecke genutzt werden kann, um beispielsweise durch ein Spätverstellen der Einspritzzeitpunkte das Verbrennungsgeräusch zu reduzieren. Alternativ dazu wird jedoch auch eine Frühverstellung der Einspritzzeitpunkte bereitgestellt, beispielsweise zur Erhöhung des Wirkungsgrades, zur Senkung des Verbrauches, oder zur Absenkung von Rauch- bzw. Partikelausstoß. Eine Kombination aus niedrigem Verbrennungsgeräusch und trotzdem niedrigen Kraftstoffverbrauch kann dadurch erreicht werden, daß die erfindungsgemäße Dynamikfunktion für eine instationäre Spätverstellung genutzt wird, während in stationären Zuständen ein Frühverstellen der Einspritzzeitpunkte folgt.
- Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Funktionsskizze für die Realisierung einer erfindungsgemäßen besonderen Ausführungsform.
- Der Einspritzmengen-Sollwert EM wird dem Filter
1 zugeführt. Dort erfolgt zunächst eine zeitliche Ableitung des Einspritzmengen-Sollwert-Signals und danach eine PT1-Filterung. Das gefilterte Signal wird an eine Kennlinie2 weitergegeben, aus der abhängig von dem anliegenden Eingangssignal der erste Korrekturfaktor K1 ausgelesen wird. - Der dynamische Korrekturgrundwert DK wird abhängig von der anliegenden Motordrehzahl nM, insbesondere der mittleren Motordrehzahl, und des Einspritzmengen-Sollwertes EM aus dem Kennfeld
3 ausgelesen. In den Multiplizierer7 werden der dynamische Korrekturgrundwert DK und der Korrekturfaktor K1 miteinander multipliziert und ergeben den Gesamtkorrekturwert GK für den anzupassenden Einspritzparameter. - In der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden auch die Umgebungsbedingungen berücksichtigt und fließen in die Berechnung des Gesamtkorrekturwertes GK ein.
- So wird für die vorherrschende Ansauglufttemperatur TL über die Kennlinie
4 ein zweiter Korrekturfaktor KTL ausgelesen, der über den Multiplizierer8 in die Berechnung des Gesamtkorrekturwertes einfließt. - Ferner wird der Atmosphärendruck pL gemessen. Über eine entsprechende Kennlinie
5 wird ein weiterer Korrekturfaktor KpL ausgelesen und mittels des Multiplizierers9 mit den übrigen Korrekturfaktoren verrechnet. - Außerdem wird die gemessene Motortemperatur TM mittels einer Kennlinie
6 in einen weiteren Korrekturfaktor KTM umgesetzt. Dieser wiederum beeinflußt über den Multiplizierer10 die Berechnung des Gesamtkorrekturwertes.
Claims (11)
- Verfahren zum Anpassen eines Einspritzparameters eines Verbrennungsmotors an instationäre Vorgänge, wobei der Einspritzmengen-Sollwert EM nach der Zeit abgeleitet und anschließend einer Filterung unterzogen wird, das gefilterte Signal anhand einer Kennlinie in einen ersten Korrekturfaktor K1 umgesetzt wird, abhängig von dem Einspritzmengen-Sollwert EM und der Motordrehzahl nM anhand eines Kennfeldes ein dynamischer Korrektorgrundwert DK ermittelt wird, und der erste Korrekturfaktor K1 und der dynamische Korrekturgrundwert DK multipliziert werden, um so einen Gesamtkorrekturwert GK für den anzupassenden Einspritzparameter zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einspritzparameter (i) der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung, (ii) der Spritzabstand von Voreinspritzung zu Haupteinspritzung oder (iii) der Raildruck ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Kennlinie bzw. in dem Kennfeld Korrekturfaktoren K1 bzw. dynamische Korrekturgrundwerte DK für den anzupassenden Einspritzparameter abgelegt sind.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei abhängig von der Ansauglufttemperatur TL über eine zweite Kennlinie ein zweiter Korrekturfaktor KTL ermittelt wird, mit dem der Gesamtkorrekturwert GK multipliziert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei abhängig von dem Atmosphärendruck pL über eine dritte Kennlinie ein dritter Korrekturfaktor KpL ermittelt wird, mit dem der Gesamtkorrekturwert GK multipliziert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei abhängig von der Motortemperatur TM über eine vierte Kennlinie ein vierter Korrekturfaktor KTM ermittelt wird, mit dem der Gesamtkorrekturwert GK multipliziert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei für die Filterung ein PT1-Filter verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Filter für jede Signalflanke durch entsprechende Schwellen drei Teilbereiche definiert.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Filter für die positive Signalflanke kurze Filterzeitkonstanten aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Filter für die negative Signalflanke lange Filterzeitkonstanten aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Ausgangssignal des Filters dahingehend überprüft wird, ob es einen unteren Grenzwert unterschreitet bzw. einen oberen Grenzwert überschreitet und auf diese Grenzwerte begrenzt wird.
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