DE10218552B4

DE10218552B4 - Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren mit mehrstufiger Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE10218552B4
Application number: DE10218552.2A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kikutani; Toshimi Matsumura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2002327637A; JP4314752B2; DE10218552A1

Abstract

Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren, welche Kraftstoffeinspritzungen in jedem Mehrstufeneinspritzzyklus durchführen, mit den folgenden Schritten:
Berechnen (S2) von Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen in dem Mehrstufeneinspritzzyklus auf der Grundlage von Verbrennungsmotorparametern;
Berechnen (S3) eines effektiven Drehmoments (Te) des Verbrennungsmotors aus den Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q);
Berechnen (S5) einer Drehmomentdifferenz ΔT zwischen dem effektiven Drehmoment (Te) und einem von dem Verbrennungsmotor angeforderten Drehmoment (Tr); und
Korrigieren (S5–S16) der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen entsprechend der Drehmomentdifferenz (ΔT),
dadurch gekennzeichnet, dass
das effektive Drehmoment (Te) als Summe von Drehmomenten berechnet wird, die auf der Grundlage von den Basiskraftstoffeinspritzmengen (Qm, Qpre) der Einspritzungen in jedem Mehrstufeneinspritzzyklus berechnet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 bzw. 3, das eine Vielzahl von Einspritzungen in einem Mehrstufeneinspritzzyklus durchführt.
Automobile haben verschiedenartige Fahrzeugfortbewegungssteuervorrichtungen, wie z. B. ein Tempomatsystem (Cruise Control System) und ein automatisches Bremssystem. Verbrennungsmotoren bei Fahrzeugen müssen gesteuert werden, um verschiedene Drehmomente zu erzeugen, da diese Steuervorrichtungen verschiedene Verbrennungsmotordrehmomente in Abhängigkeit von den Fahrzeugfahrbedingungen erfordern. Des weiteren müssen die Verbrennungsmotoren gesteuert werden, um Abgasemissionen und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Es wird daher vorgeschlagen, Verbrennungsmotoren Kraftstoff in einem Mehrstufenkraftstoffeinspritzzyklus mit einer Vielzahl von Einspritzungen zuzuführen. Dieser Zyklus weist eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung auf. Jedoch unterscheiden sich die Raten des Beitrags von diesen Einspritzungen für das Verbrennungsmotordrehmoment und die Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs in einem Mehrstufeneinspritzzyklus entspricht nicht dem Drehmoment des Verbrennungsmotors. Daher ist es schwierig, dass das von den Fahrzeugbewegungssteuervorrichtungen angeforderte Drehmoment mit dem tatsächlich durch den Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment übereinstimmt.
Die DE 196 32 650 C1 beschreibt die Berechnung von Kraftstoffeinspritzungen einer Piloteinspritzung und einer Haupteinspritzung, um dadurch eine Drehmomentänderung zu verringern, wenn ein Einspritzmodus zwischen zwei unterschiedlichen Regionen umgeschaltet wird, in welchen eine Piloteinspritzung möglich bzw. unmöglich ist. Weitere Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine sind in der DE 197 12 143 A1 , der DE 100 19 466 A1 sowie der DE 197 49 815 A1 gezeigt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehmomentsteuerverfahren für Mehrstufenkraftstoffeinspritzverbrennungsmotoren zu schaffen, das in der Lage ist, die Entsprechung zwischen jeder Kraftstoffeinspritzmenge in dem Mehrstufenkraftstoffeinspritzzyklus und dem Drehmoment zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einem Drehmomentsteuerverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzmenge jeder Einspritzung in einem Mehrstufenkraftstoffeinspritzzyklus in ein Drehmoment umgewandelt und wird jede Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen einem angeforderten Drehmoment und einem effektiven Drehmoment korrigiert, der auf der Grundlage einer Basiskraftstoffeinspritzmenge berechnet wird.
Die vorstehend genannte Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar.
1. ist ein Flussdiagramm, das einen ersten Teil des Drehmomentsteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2. ist ein Flussdiagramm, das einen zweiten Teil des Drehmomentsteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das einen dritten Teil des Drehmomentsteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Umwandlungstabelle, die ein Drehmoment relativ zu einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Beschleunigerposition zeigt; und
5 ist ein Zeitabstimmungsdiagramm, das einen Mehrstufenkraftstoffeinspritzbetrieb zeigt, der bei dem Drehmomentsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Ein Drehmomentsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist, obwohl nicht gezeigt, jedes Kraftstoffeinspritzventil für einen Zylinder eines Mehrzylinderdieselverbrennungsmotors montiert und wird elektrisch durch eine elektronische Steuereinheit dreimal fur eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung in einem Mehrstufenkraftstoffeinspritzzyklus für eine Verbrennung angetrieben. Die Drehmomentsteuerung wird durch die elektronische Steuereinheit durchgeführt, wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, so dass eine Mehrstufenkraftstoffeinspritzung (Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung) um die Position eines Kolbens um den oberen Totpunkt (TDC) erhalten werden kann, wie in 5 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 werden verschiedenartige Verbrennungsmotorparameter (Betriebsbedingungen), wie zum Beispiel eine Verbrennungsmotordrehzahl NE, eine Beschleunigerposition ACCP und dergleichen bei Schritt S1 erfasst. Die Basiskraftstoffeinspritzmenge Q wird bei Schritt S2 auf der Grundlage der erfassten Verbrennungsmotorparameter berechnet. Die Basiskraftstoffeinspritzmenge Q umfasst eine Haupteinspritzmenge Qm für die Haupteinspritzung, einer Voreinspritzungsmenge Qpre für die Voreinspritzung und eine Nacheinspritzungsmenge Qpos für die Nacheinspritzung als jeweilige Funktionen f(NE, ACCP) von der Drehzahl NE, der Beschleunigerposition ACCP und dergleichen. Des weiteren wird auch ein Kraftstoffdruck PC in einer gemeinsamen Leitung hohen Drucks bei Schritt S2 berechnet, mit welcher das Kraftstoffeinspritzventil verbunden ist.
Die Kraftstoffeinspritzmenge Q in einem Mehrstufenkraftstoffeinspritzzyklus wird in ein effektives Drehmoment Te umgewandelt. Insbesondere wird dieses effektive Drehmoment Te als Te = f(Qm, NE) + f(Qpre, NE) – Tv durch Subtrahieren eines Drehmomentsverlusts Tv von einer Summe des Drehmoments f(Qm, NE), das im Ansprechen auf die Haupteinspritzung erzeugt wird und des Drehmoments f(Qpre, NE), das im Ansprechen auf die Voreinspritzung erzeugt wird. Dieses effektive Drehmoment Te ist eine Schätzung des Drehmoments, das der Verbrennungsmotor mit der Zufuhr der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge erzeugen wird. Der Drehmomentverlust Tv wird als das Drehmoment definiert, das auf Grund von Kolbenreibung in dem Verbrennungsmotor und dergleichen erzeugt wird. Das effektive Drehmoment Te kann durch weiteres Addieren eines Drehmoments f(Qpos, NE) geschätzt werden, das im Ansprechen auf die Nacheinspritzung erzeugt wird.
Dann wird ein erforderliches Drehmoment Tr bei Schritt S4 ermittelt. Dieses erforderliches Drehmoment Tr kann durch Aufnehmen von Drehmomentwerten von verschiedenartigen elektronischen Steuereinheiten ermittelt werden, die die Fahrzeugfortbewegung und nicht die Kraftstoffeinspritzung steuern.
Als nächstes wird bei Schritt S5 in 2 eine Drehmomentdifferenz ΔT als ΔT = Tr – Te zwischen einem erforderlichen Drehmoment Tr und dem effektiven Drehmoment Te berechnet und mit einem oberen Bezugswert R und einem unteren Bezugswert R' verglichen. Wenn R > ΔT > –R' gilt, was bedeutet, dass das effektive Drehmoment Te angemessen bzw. geeignet ist, braucht das effektive Drehmoment Te nicht erhöht oder verringert zu werden. Daher sind die Kraftstoffkorrekturmengen ΔQm für die Haupteinspritzung und ΔQpre für die Voreinspritzung bei Schritt S9 auf 0 gesetzt. Wenn andererseits ΔT > R gilt, was bedeutet, dass das effektive Drehmoment Te unzureichend ist, schreitet das Verfahren zu Schritt S6 weiter, um das effektive Drehmoment Te zu erhöhen. Wenn ΔT < –R' gilt, was bedeutet, dass das effektive Drehmoment Te übermäßig ist, schreitet das Verfahren zu Schritt S10 weiter, um das effektive Drehmoment Te zu verringern.
Bei Schritt S6 wird geprüft, ob die Drehmomentdifferenz ΔT, um welches das effektive Drehmoment Te erhöht werden soll, niedriger als ein Drehmomenterhöhungsgrenzwert dT ist. Wenn ΔT < dT (JA) gilt, wird auch dann, wenn das effektive Drehmoment Te um die volle Menge der Differenz ΔT erhöht wird, angenommen, dass kein Drehmomenterhöhungsstoß (Verbrennungsmotorbeschleunigungsstoß) verursacht wird. Daher wird die Gesamtmenge der Drehmomentdifferenz ΔT auf die entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge zum Kompensieren des unzureichenden Drehmoments bei Schritt S7 umgewandelt.
Bei diesem Schritt S7 wird insbesondere eine Drehmomentsbeitragsmenge ΔTpre, um welche die Voreinspritzung einen Beitrag leisten wird, als ΔTpre = f(Ne, ACCP) × ΔT = K × ΔT durch Verwenden der Drehmomentumwandlungsdatenabbildung (Kennfeld) berechnet, welche Konstanten K als eine Funktion von Ne und ACCP definiert. Eine Drehmomentkorrekturmenge ΔTm, durch welche die Haupteinspritzung einen Beitrag leistet, wird als ΔTm = ΔT – ΔTpre berechnet. Die Haupteinspritzungskraftstoffkorrekturmenge ΔQm und die Voreinspritzungskraftstoffkorrekturmenge ΔQpre wird als ΔQm = f(NE, ΔTm) beziehungsweise ΔQpre = f(NE, ΔTpre) berechnet. Diese Korrekturmengen ΔQm und ΔQpre sind Teile einer Einpritzkorrekturmenge ΔQ. Des weiteren kann eine Drehmomentbeitragsmenge ΔTpos, durch welche die Voreinspritzung einen Beitrag leisten wird, auf ähnliche Weise wie ΔTpos berechnet werden, und kann eine Voreinspritzkraftstoffkorrekturmenge ΔQpos als ΔQpos = f(NE = ΔTpos) berechnet werden. Diese Werte können durch Verwenden von jeweiligen Datenabbildungen (Kennfeldern) ähnlich zu denjenigen ermittelt werden, die in 4 gezeigt sind.
Wenn ΔT > dT (NEIN) bei Schritt S6 gilt, wird angenommen, dass, wenn das effektive Drehmoment Te um die vollständige Menge der Differenz ΔT erhöht wird, ein Drehmamenterhöhungsstoß (Verbrennungsmotorbeschleunigungsstoß) verursacht werden wird. Daher werden die Haupteinspritzungskorrekturmenge ΔQm und die Voreinspritzungskorrekturmenge ΔQpre auf jeweilige Korrekturgrenzwerte ΔQm beziehungsweise ΔQpre bei Schritt S8 begrenzt.
Wenn ΔT < –R' bei Schritt S5 ist, was bedeutet, dass das effektive Drehmoment Te übermäßig ist, schreitet das Verfahren zu Schritt S10 weiter, um das effektive Drehmoment Te zu verringern. Der Schritt S10 und die nachfolgenden Schritte S11 und S12 werden auf die ähnliche Weise wie bei den Schritten S6, S7 beziehungsweise S8 durchgeführt. Jedoch wird dieses Verfahren bei den Schritten S10, S11 und S12 zum Verringern des Drehmoments durchgeführt.
Dann werden bei den Schritten S13 und S14 die Basiskraftstoffeinspritzmengen Qm und Qpre, die für die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung bei Schritt S2 berechnet werden, mit den Korrekturmengen ΔQm und ΔQpre korrigiert, die bei den Schritten S7, S8, S11 und S12 berechnet werden, als Qm = Qm ± ΔQm beziehungsweise Qpre = Qpre ± ΔQpre. Die Nacheinspritzungskraftstoffmenge Qpos kann als Qpos = Qpos ± ΔQpos im folgenden Schritt S13 berechnet werden.
Dann werden bei Schritt S15 verschiedenartige Kraftstoffeinspritzsteuerwerte (Anweisungswerte an die Einspritzvorrichtung) aus der vorstehend genannten Verbrennungsmotordrehzahl NE, der Haupteinspritzmenge Qm, dem Kraftstoffdruck Pc, der Voreinspritzmenge Qpre, der Nacheinspritzmenge Qpos und dergleichen berechnet. Insbesondere werden zum Steuern der Mehrstufenkraftstoffeinspritzung, wie in 5 gezeigt ist, die Steuerwerte als der Voreinspritzstartzeitpunkt (EIN) Tpreon, der Voreinspritzstopzeitpunkt (AUS) Tpreoff, der Haupteinspritzstartzeitpunkt (EIN) Tmon, der Haupteinspritzstopzeitpunkt (AUS) Tmoff, der Nacheinspritzstartzeitpunkt (EIN) Tposon und der Nacheinspritzstopzeitpunkt (AUS) Tposoff berechnet.
Diese verschiedenartigen Steuerwerte Tmon, Tmoff, Tpreon, Tpreoff, Tposon und Tposoff werden bei Schritt S16 zum Steuern von Betätigungszeitpunkten der Kraftstoffeinspritzventile gesetzt, wie in 5 gezeigt ist. Somit wird das Kraftstoffeinspritzventil während eines Zeitraums von Tpreon bis Tpreoff für die Voreinspritzung vor der Position des Kolbens an den oberen Totpunkt TDC, während eines Zeitraums von Tmon bis Tmoff einschließlich des Zeitpunkts der Position des oberen Totpunkts TDC für die Haupteinspritzung und während eines Zeitraums Tposon bis Tposoff für die Nacheinspritzung nach dem Zeitpunkt der Position des oberen Totpunkts TDC des Kolbens angetrieben.
Gemäß dem vorstehend genannten Drehmomentsteuerverfahren wird eine Drehmomentkorrektur für jede Einspritzmengenberechnung in einem Mehrstufeneinspritzzyklus durch Verwenden von jeweiligen Drehmomentumwandlungsdatenabbildungen durchgeführt. Das heißt, dass die Drehmomentkorrektur auf der Grundlage von Raten des Drehmomentbeitrags von jeder Einspritzung in einem Mehrstufeneinspritzzyklus erhalten wird. Eine Entsprechung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und dem Drehmoment wird verbessert und die Entsprechung zwischen der Verbrennungsmotorsteuerung und anderen Fahrzeugfortbewegungssteuerungen wird verbessert. Somit wird die Steuerbarkeit des Fahrzeugs verbessert.
Das Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren, die eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung in einem Mehrstufeneinspritzzyklus durchführen können, ist somit hier offenbart, wobei die Basiskraftstoffeinspritzmenge Q jeder Einspritzung in dem Mehrstufeneinspritzzyklus berechnet wird S2, und das effektive Drehmoment Te des Verbrennungsmotors aus der Basiskraftstoffeinspritzmenge Q berechnet wird S3. Die Drehmomentdifferenz ΔT zwischen dem effektiven Drehmoment Te und dem erforderlichen Drehmoment Tr wird berechnet S5. Die Basiskraftstoffeinspritzmenge Q jeder Einspritzung wird in Entsprechung mit der Drehmomentdifferenz ΔT berechnet S5–S16.

Claims

Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren, welche Kraftstoffeinspritzungen in jedem Mehrstufeneinspritzzyklus durchführen, mit den folgenden Schritten: Berechnen (S2) von Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen in dem Mehrstufeneinspritzzyklus auf der Grundlage von Verbrennungsmotorparametern; Berechnen (S3) eines effektiven Drehmoments (Te) des Verbrennungsmotors aus den Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q); Berechnen (S5) einer Drehmomentdifferenz ΔT zwischen dem effektiven Drehmoment (Te) und einem von dem Verbrennungsmotor angeforderten Drehmoment (Tr); und Korrigieren (S5–S16) der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen entsprechend der Drehmomentdifferenz (ΔT), dadurch gekennzeichnet, dass das effektive Drehmoment (Te) als Summe von Drehmomenten berechnet wird, die auf der Grundlage von den Basiskraftstoffeinspritzmengen (Qm, Qpre) der Einspritzungen in jedem Mehrstufeneinspritzzyklus berechnet werden.
Drehmomentsteuerverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens (S6–S16) die folgenden Schritte aufweist: Vergleichen (S5) der Drehmomentdifferenz (ΔT) mit einem oberen Bezugswert (R) und einem unteren Bezugswert (R'); und Durchführen (S9) keiner Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q), wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) innerhalb eines Bereichs des oberen Bezugswerts (R) und des unteren Bezugswerts (R') liegt.
Drehmomentsteuerverfahren für Verbrennungsmotoren, welche Kraftstoffeinspritzungen in jedem Mehrstufeneinspritzzyklus durchführen, mit den folgenden Schritten: Berechnen (S2) von Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen in dem Mehrstufeneinspritzzyklus auf der Grundlage von Verbrennungsmotorparametern; Berechnen (S3) eines effektiven Drehmoments (Te) des Verbrennungsmotors aus den Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q); Berechnen (S5) einer Drehmomentdifferenz ΔT zwischen dem effektiven Drehmoment (Te) und einem von dem Verbrennungsmotor angeforderten Drehmoment (Tr); und Korrigieren (S5–S16) der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) der Einspritzungen entsprechend der Drehmomentdifferenz (ΔT), dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens (S6–S16) die folgenden Schritte aufweist: Vergleichen (S5) der Drehmomentdifferenz (ΔT) mit einem oberen Bezugswert (R) und einem unteren Bezugswert (R'); und Durchführen (S9) keiner Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q), wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) innerhalb eines Bereichs des oberen Bezugswerts (R) und des unteren Bezugswerts (R') liegt.
Drehmomentsteuerverfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens (S6–S16) des weiteren die folgenden Schritte aufweist: Erhöhen (S7, S13, S14) der Korrekturmengen der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) proportional zu einer Gesamtdrehmomentdifferenz (ΔT), wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) größer als der obere Bezugswert (R) ist und kleiner als ein Drehmomenterhöhungsgrenzwert (dT) ist; und Begrenzen (S8, S13, S14) der Korrekturmengen der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) auf jeweilige Korrekturgrenzwerte, wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) größer als der obere Bezugswert (R) ist und höher als der Drehmomenterhöhungsgrenzwert (dT) ist.
Drehmomentsteuerverfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens (S6–S16) des weiteren die folgenden Schritte aufweist: Verringern (S11, S13, S14) der Korrekturmengen der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) proportional zu einer Gesamtdrehmomentdifferenz (ΔT), wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) größer als der untere Bezugswert (R') ist und niedriger als ein Drehmomentsverringerungsgrenzwert (dT') ist; und Begrenzen (S12, S13, S14) der Korrekturmengen der Basiskraftstoffeinspritzmengen (Q) auf jeweilige Korrekturgrenzwerte, wenn die Drehmomentdifferenz (ΔT) größer als der untere Bezugswert (R') ist und größer als der Drehmomentverringerungsgrenzwert (dT') ist.
Drehmomentsteuerverfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrstufeneinspritzzyklus zumindest eine Haupteinspritzung und eine Voreinspritzung aufweist; und der Schritt des Korrigierens (S5–S16) eine Haupteinspritzkorrekturmenge (±ΔQm) für die Haupteinspritzung und eine Voreinspritzungskorrekturmenge (±ΔQpre) für die Voreinspritzung proportional zu der Drehmomentdifferenz (ΔT) durch Verwenden von Umwandlungsabbildungen berechnet.
Drehmomentsteuerverfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupteinspritzkorrekturmenge ±ΔQm und die Voreinspritzkorrekturmenge ±ΔQpre als ±ΔQm = f(NE, ΔTm) und ±ΔQpre = f(NE, ΔTpre) berechnet werden, wobei ΔTpre eine Drehmomentkorrekturmenge ist, um welche die Voreinspritzung einen Beitrag leistet und als ΔTpre = f(NE, ACCP × ΔT) berechnet wird, wobei eine Verbrennungsmotordrehzahl NE ist und eine Beschleunigerposition ACCP ist, und wobei ΔTm eine Drehmomentkorrekturmenge ist, um die die Haupteinspritzung einen Beitrag leistet und die als ΔTm = ΔT – ΔTpre berechnet wird.