DE10360834B4 - Method and control device for controlling an output of signals for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung der Ausgabe eines Signals (70, 62; 72) bei einem Beginn im Arbeitszyklus eines Verbrennungsmotors (10) mit direkter Kraftstoffeinspritzung, mit einem Steuergeräteprogramm mit einer Funktionsebene (52) und einer das Signal (70, 62; 72) ausgebenden Treiberebene (56), wobei sich der Arbeitszyklus über einen festen Winkelbereich einer Welle des Verbrennungsmotors (10) erstreckt, und wobei periodisch diskrete Winkelwerte (64) der Winkelposition der Welle erfasst werden, und wobei jeweils ein Winkelabstand (80) zwischen einem erfassten diskreten Winkelwert (64) und einem Bezugswinkel (79) bestimmt wird, und wobei auf der Treiberebene (56) ein zeitlicher Abstand (68) der Ausgabe des Signals (70, 62; 72) zu wenigstens einem periodisch erfassten diskreten Winkelwert (64) als Startwert für einen Zeitgeber bestimmt wird, der beim Erreichen eines Endwertes eine Ausgabe des Signals (70, 62; 72) auslöst, und wobei bei Abweichungen des Bezugswinkels (79) vom Beginnwinkel der zeitliche Abstand (68) auf der Treiberebene (56) auf den Bezugswinkel (79) bezogen wird, und wobei bei einer Mehrzahl aufeinander folgender diskreter Winkel-Werte (64) jeweils wenigstens der zeitliche Abstand (68) der Ausgabe des Signals bestimmt wird und die Ausgabe des Signals (70, 62; 72) nach Ablauf des zeitlichen Abstandes (68) erfolgt, wenn der zeitliche Abstand (68) einem vorgegebenen Abstand entspricht.A method of controlling the output of a signal (70, 62; 72) at a start in the duty cycle of a direct fuel injection internal combustion engine (10) comprising a controller program having a functional level (52) and a driver level outputting the signal (70,62; 72) (56), wherein the duty cycle extends over a fixed angular range of a shaft of the internal combustion engine (10), and periodically discrete angular values (64) of the angular position of the shaft are detected, and wherein in each case an angular distance (80) between a detected discrete angle value ( 64) and a reference angle (79), and wherein at the driver level (56) a time interval (68) of the output of the signal (70, 62, 72) to at least one periodically detected discrete angle value (64) as a starting value for a Timer, which upon reaching a final value, an output of the signal (70, 62; 72) triggers, and wherein in case of deviations of the reference angle (79) from the initial angle d wherein the time interval (68) at the driver level (56) is related to the reference angle (79), and wherein at least a plurality of successive discrete angle values (64) determines the time interval (68) of the output of the signal; the output of the signal (70, 62; 72) takes place after expiration of the time interval (68) when the time interval (68) corresponds to a predetermined distance.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung der Ausgabe eines Signals bei einem Beginn im Arbeitszyklus eines Verbrennungsmotors mit direkter Kraftstoffeinspritzung mit einem Steuergeräteprogramm mit einer Funktionsebene und einer das Signal ausgebenden Treiberebene, wobei sich der Arbeitszyklus über einen festen Winkelbereich einer Welle des Verbrennungsmotors erstreckt und wobei periodisch diskrete Winkelwerte der Winkelposition der Welle erfasst werden und wobei jeweils ein Winkelabstand zwischen einem erfassten diskreten Winkelwert und einem Bezugswinkel bestimmt wird und wobei auf der Treiberebene ein zeitlicher Abstand der Ausgabe eines Signals zu wenigstens einem periodisch erfassten diskreten Winkelwert als Startwert für einen Zeitgeber bestimmt wird, der beim Erreichen eines Endwertes eine Ausgabe des Signals auslöst.The invention relates to methods for controlling the output of a signal at a start in the duty cycle of a direct fuel injection internal combustion engine with a controller program having a functional level and a signal output driver level, the duty cycle extending over a fixed angular range of a shaft of the internal combustion engine and being periodically discrete Angle values of the angular position of the shaft are detected and wherein in each case an angular distance between a detected discrete angle value and a reference angle is determined and wherein at the driver level, a time interval of the output of a signal to at least one periodically detected discrete angle value is determined as a start value for a timer when an end value is reached, an output of the signal is triggered.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, das ein solches Verfahren ausführt.The invention further relates to a control device which carries out such a method.
Aus der
Solche Verfahren und Steuergeräte werden bei modernen Kraftfahrzeugen in Serie verwendet und sind damit per se bekannt. Beispiele von Signalen sind Einspritzimpulse, mit denen Kraftstoff-Einspritzventile angesteuert werden, und Signale, die eine Fremdzündung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in einem Brennraum des Verbrennungsmotors durch einen Zündfunken auslösen.Such methods and control devices are used in modern motor vehicles in series and are thus known per se. Examples of signals are injection pulses, with which fuel injection valves are controlled, and signals that trigger a spark ignition of a fuel / air mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine by a spark.
Unter einer Funktionsebene wird dabei ein Teilprogramm und eine zugehörige Rechnerstruktur verstanden, die eine übergeordnete Funktion bei der Steuerung ausübt. Beispiele übergeordneter Funktionen sind die Auswertung von Eingangssignalen und die Übergabe an weitere Teilprogramme sowie die Koordinierung von Teilprogrammen.In this case, a functional level is understood to mean a partial program and an associated computer structure which exercises a higher-level function in the controller. Examples of superordinate functions are the evaluation of input signals and the transfer to other subprograms as well as the coordination of subprograms.
Unter einer Treiberebene wird ein Teilprogramm und eine zugehörige Rechnerstruktur verstanden, die direkt einem Stellglied, beispielsweise einem Einspritzventil, einer Einspritzventilanordnung, einem Luftmassenstellglied (z. B. einer Drosselklappe) oder einer Zündkerze zugeordnet ist.A driver level is understood to mean a subprogram and an associated computer structure which is assigned directly to an actuator, for example an injection valve, an injection valve arrangement, an air mass actuator (eg a throttle valve) or a spark plug.
Bei einem nach dem Viertakt-Prinzip arbeitenden Verbrennungsmotor erstreckt sich ein auf einen bestimmten Brennraum des Verbrennungsmotors bezogener Arbeitszyklus zum Beispiel über zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle oder eine Umdrehung einer Nockenwelle.In an internal combustion engine operating according to the four-stroke principle, a duty cycle related to a specific combustion chamber of the internal combustion engine extends, for example, over two revolutions of a crankshaft or one revolution of a camshaft.
Die Winkelposition einer oder beider dieser Wellen wird in der Regel durch induktives Abtasten ferromagnetischer Markierungen ermittelt, die auf einem drehfest mit einer dieser Wellen verbundenen Geberrad angeordnet sind. Übliche Geberräder weisen zum Beispiel etwa sechzig ferromagnetische Markierungen in Form von Zähnen auf. Die daraus resultierende 6-Grad Unterteilung reicht für eine genaue Steuerung der Einspritzung und Zündung nicht aus. Aus diesem Grund werden Signale zur Steuerung der Einspritzung und Zündung auf bestimmte, durch bestimmte Zähne definierte Winkelpositionen aufgesetzt.The angular position of one or both of these waves is usually determined by inductive scanning ferromagnetic markers, which are arranged on a rotatably connected to one of these shafts encoder wheel. For example, conventional donor wheels have about sixty ferromagnetic markers in the form of teeth. The resulting 6-degree subdivision is insufficient for accurate control of injection and ignition. For this reason, signals for controlling the injection and ignition are set to specific angular positions defined by specific teeth.
Dabei versteht man unter einem Aufsetzen, dass beim Durchlaufen der definierten Winkelposition ein Zeitgeber aktiviert wird, der die Signalausgabe in einem gewünschten Zeitabstand zum Durchlaufen der definierten Winkelposition auslöst. Mit anderen Worten: Zum Zeitpunkt des Aufsetzens wird von einer Winkelmessung auf eine Zeitmessung umgeschaltet.It is understood by a touchdown that when passing through the defined angular position, a timer is activated, which triggers the signal output at a desired time interval for passing through the defined angular position. In other words: At the time of touchdown is switched from an angle measurement to a time measurement.
Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist der gewünschte Zeitabstand äquivalent zu einem gewünschten Winkelabstand. Bei stark schwankender Drehzahl der Kurbelwelle kann es jedoch zu Abweichungen der Signalauslösung vom gewünschten Winkelwert kommen. Diese Abweichungen waren bei Verbrennungsmotoren mit äußerer Gemischbildung durch Vergaser oder Saugrohreinspritzung tolerierbar, weil sich diese Verbrennungsmotoren durch eine gewisse Unempfindlichkeit und Robustheit gegenüber Schwankungen der Zeitpunkte von Einspritzungen und Zündung auszeichnen.At a constant angular velocity of the crankshaft, the desired time interval is equivalent to a desired angular distance. However, if the speed of the crankshaft fluctuates greatly, the signal triggering may deviate from the desired angle value. These deviations were tolerable in combustion engines with external mixture formation by carburetor or port injection, because these internal combustion engines are characterized by a certain insensitivity and robustness to fluctuations in the timing of injections and ignition.
Mit steigenden Anforderungen an die Abgasqualität und den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren haben sich aber auch Verbrennungsmotoren mit direkter Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume etabliert, bei denen auch empfindlichere Brennverfahren realisierbar sind. Insbesondere bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung lassen sich mehrere Brennverfahren voneinander unterscheiden, wobei die Einteilung anhand der Mechanismen erfolgt, die die Gemischbildung dominieren. So werden die Verfahren als strahl-, wand- oder luftgeführt klassifiziert, je nachdem, ob vorwiegend die Strahldynamik selbst, die Strahlumlenkung an einer Brennraumwand oder die Ladungsbewegung zur gezielten Ladungsschichtung genutzt wird.With increasing demands on the exhaust quality and the fuel consumption of internal combustion engines but also internal combustion engines with direct injection of fuel into combustion chambers have established, in which more sensitive combustion processes can be realized. In particular, in spark-ignition internal combustion engines with direct injection, a plurality of combustion processes can be distinguished from one another, wherein the classification is based on the mechanisms that dominate the mixture formation. Thus, the methods are classified as radiant, wall or air-guided, depending on whether predominantly the beam dynamics itself, the beam deflection on a combustion chamber wall or the Charge movement is used for targeted charge stratification.
Die heute in Serie eingeführten Direkteinspritzsysteme der ersten Generation arbeiten mit wand- und luftgeführten Brennverfahren. Im Vergleich zur konventionellen Saugrohreinspritzung erlauben diese Systeme eine Kraftstoffeinsparung von einigen Prozenten.The direct injection systems of the first generation introduced today in series work with wall and air-guided combustion processes. Compared to conventional intake manifold injection, these systems allow fuel savings of a few percent.
Durch eine Einführung strahlgeführter Brennverfahren bei einer Benzin-Direkteinspritzung einer zweiten Generation sind weitere Verbrauchsvorteile erzielbar, da die strahlgeführte Direkteinspritzung thermodynamisch am günstigsten ist.By introducing spray-guided combustion processes in a second-generation gasoline direct injection, further consumption advantages can be achieved, since spray-guided direct injection is the most thermodynamically favorable.
Um dieses Einsparpotential zu realisieren, muss eine langzeitstabile und zuverlässige Zündung und Verbrennung für alle am Markt verfügbaren Kraftstoffqualitäten gewährleistet sein. Dabei ist problematisch, dass sich bei strahlgeführten Brennverfahren hohe Zündaussetzerraten gezeigt haben, die auf eine unzureichende Genauigkeit der koordinierten Steuerung der Ausgabe von Einspritzimpulsen und Zündsignalen zurückzuführen sind.In order to realize this savings potential, long-term stable and reliable ignition and combustion must be guaranteed for all fuel qualities available on the market. It is problematic that have shown high misfire rates in spray-guided combustion, which are due to insufficient accuracy of the coordinated control of the output of injection pulses and ignition signals.
Eine zeitlich feiner auf das Winkelsignal abgestimmte und reproduzierbare Ausgabe von Steuersignalen ist aber auch für andere Verbrennungsmotoren von Interesse, um zum Beispiel weiter steigende gesetzliche Anforderungen an die Abgasqualität auch in Zukunft erfüllen zu können.A more finely tuned to the angle signal reproducible output of control signals but also for other internal combustion engines of interest, for example, to meet further increasing legal requirements for the exhaust gas quality in the future.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und eines Steuergerätes zur zeitlich reproduzierbar feiner auf das Winkelsignal abgestimmten Ausgabe von Steuersignalen für einen Verbrennungsmotor. Dabei wird unter einer zeitlich reproduzierbar feineren Auflösung eine bei statistischer Betrachtung kleinere Schwankungsbreite von Abweichungen von Ist-Winkelpositionen zu Sollwinkelpositionen verstanden, bei denen Signalausgaben erfolgen oder erfolgen sollen. Mit anderen Worten: Die Erfindung zielt auf eine Verringerung von Fehlern in der Winkelpositionierung von auszugebenden Signalen, wobei solche Fehler als Folge einer Drehzahländerung (Winkelgeschwindigkeitsänderung) nach einem Umschalten von der Winkelmessung auf die Zeitmessung auftreten.Against this background, the object of the invention is to provide a method and a control device for reproducing finely tuned output of control signals for an internal combustion engine that is tailored to the angle signal. In this case, a temporally reproducibly finer resolution is understood to mean a smaller fluctuation range of deviations from actual angular positions to nominal angular positions when statistically considered, in which signal outputs are to take place or take place. In other words, the invention aims at reducing errors in the angular positioning of signals to be output, such errors occurring as a result of a speed change (angular velocity change) after switching from the angle measurement to the time measurement.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Bei den bekannten Verfahren und Steuergeräten kann die Treiberebene entweder nur einen Beginnwinkel oder einen Endewinkel verarbeiten, der als zeitlicher Abstand zu einem diskret erfassten Winkelwert bestimmt wird. Wenn der Bezugswinkel vom Beginnwinkel abweicht, muss ausgehend vom Bezugswinkel ein passender Beginnwinkel errechnet werden. Abweichungen des Beginnwinkels von einem Bezugswinkel können beispielsweise dann auftreten, wenn ein genau definiertes Ende einer Einspritzung wichtiger ist als ein genau definierter Anfang. Diese Situation tritt zum Beispiel bei einem strahlgeführten Brennverfahren auf, bei dem das Ende einer Einspritzung sehr exakt auf einen Zündzeitpunkt bezogen werden muss, um eine sichere Zündung der durch einen Einspritzstrahl beschleunigt an einer Zündkerze vorbeiziehenden Ladung aus Kraftstoffdampf und Luft zu ermöglichen.In the known methods and control devices, the driver level can process either only a start angle or an end angle, which is determined as a time interval to a discreetly detected angle value. If the reference angle deviates from the starting angle, a suitable starting angle must be calculated starting from the reference angle. Deviations of the starting angle from a reference angle can occur, for example, when a well-defined end of an injection is more important than a precisely defined start. This situation occurs, for example, in a spray-guided combustion process, in which the end of an injection must be very accurately related to an ignition timing to enable a reliable ignition of the charge of fuel vapor and air passing by an injection jet accelerated at a spark plug.
Bei den bekannten Verfahren und Steuergeräten wurde bei Abweichungen zwischen Bezugswinkel und Beginnwinkel aus dem Zündzeitpunkt als Bezugswinkel und der Einspritzdauer auf der Funktionsebene ein Beginnwinkel errechnet. Die Berechnung auf der Funktionsebene hat den Nachteil, dass dort nur Drehzahlwerte vorliegen, die in einem sogenannten Synchro-Raster ermittelt worden sind. Das Synchro-Raster hat eine vergleichsweise große Winkelperiode, die sich zum Beispiel über ein Drittel einer Kurbelwellenumdrehung erstreckt. Als Folge stehen für die Umrechnung des Bezugswinkels in einen Beginnwinkel nur vergleichsweise alte Drehzahlwerte und damit Winkelgeschwindigkeitswerte zur Verfügung. Bei zeitlich schnellen Drehzahländerungen ergibt sich daraus eine unerwünscht große Streubreite des mit alten Werten bestimmten Beginnwinkels. Bei den bekannten Verfahren kommt es bei sehr dynamischen Drehzahlschwankungen zu streuenden Abweichungen zwischen Soll-Beginnwinkeln und Ist-Beginnwinkeln.In the known methods and control devices, a starting angle was calculated for deviations between the reference angle and the starting angle from the ignition point as reference angle and the injection duration on the functional level. The calculation on the functional level has the disadvantage that there are only rotational speed values which have been determined in a so-called synchro-grid. The synchro-grid has a comparatively large angular period which, for example, extends over one third of a crankshaft revolution. As a result, only comparatively old speed values and thus angular speed values are available for the conversion of the reference angle into a starting angle. With rapid speed changes over time, this results in an undesirably large spread of the starting angle determined with old values. In the known methods, deviations between desired starting angles and actual starting angles occur with very dynamic speed fluctuations.
Die erfindungsgemäße Verarbeitung beliebiger Bezugswinkel auf der Treiberebene erlaubt dagegen eine direkt auf den Bezugswinkel bezogene Bestimmung zeitlicher Abstände der Signalausgabe mit dem Effekt, dass eine verbleibende Streubreite um eine Größenordnung kleiner ist als beim Stand der Technik. Mit anderen Worten: Die Erfindung ermöglicht eine um eine Zehnerpotenz geringere Ungenauigkeit der auf einen Sollwinkel bezogenen Signalausgabe.By contrast, the processing according to the invention of arbitrary reference angles at the driver level permits determination of time intervals of the signal output, which relates directly to the reference angle, with the effect that a remaining scattering width is smaller by one order of magnitude than in the prior art. In other words, the invention makes it possible to reduce the inaccuracy of the signal output related to a desired angle by an order of magnitude.
Dadurch können bei der Anpassung von Steuergeräteprogrammen an verschiedene Verbrennungsmotorprojekte und verschiedene Brennverfahren beliebige Bezugswinkel verwendet werden, ohne dabei die genannten Ungenauigkeiten in Kauf nehmen zu müssen.As a result, arbitrary reference angles can be used when adapting ECU programs to different combustion engine projects and different combustion methods, without having to accept the aforementioned inaccuracies.
Es ist bevorzugt, dass bei einer Mehrzahl aufeinander folgender diskreter Werte jeweils wenigstens ein zeitlicher Abstand einer Signalausgabe bestimmt wird und dass die Ausgabe des Signals nach Ablauf des zeitlichen Abstandes erfolgt, wenn der zeitliche Abstand oder sein Winkeläquivalent einem vorgegebenen Abstand entspricht.It is preferred that in the case of a plurality of successive discrete values, in each case at least one time interval of a signal output is determined and that the output of the signal takes place after the time interval has elapsed, when the signal is output time interval or its angular equivalent corresponds to a predetermined distance.
Durch die gegebenenfalls wiederholt im Zeitraster der Perioden des vergleichsweise groben Winkelsignals erfolgende Neubestimmung des zeitlichen Abstandes zu einer Signalausgabe und den Vergleich des Abstandes mit dem vorgegeben Abstand kann ein Maximum an Aktualität bei der Bestimmung des Abstands erzielt werden. Dadurch kann zum Beispiel systematisch ein jeweils letztmögliches Berechnungsereignis, das durch eine fallende oder steigende Flanke der beschriebenen Winkelsensorik ausgelöst wird, zur Bestimmung des Abstandes verwendet werden. Die Abstände zwischen einem Aufsetzen einer Signalausgabe und der Signalausgabe werden dadurch im Vergleich zum Stand der Technik signifikant kürzer. Dies trägt zu der genannten Verbesserung der zeitlichen Genauigkeit der Ausgabe von Steuersignalen um eine Größenordnung verbessert bei.As a result of the redetermination of the time interval to a signal output, which may be repeated repeatedly in the time grid of the periods of the comparatively coarse angle signal, and the comparison of the distance with the predetermined distance, a maximum of actuality can be achieved in the determination of the distance. As a result, for example, a respectively last possible calculation event, which is triggered by a falling or rising edge of the described angle sensor system, can be systematically used to determine the distance. The distances between setting up a signal output and the signal output are thereby significantly shorter compared to the prior art. This contributes to the aforementioned improvement in the timing accuracy of the output of control signals by an order of magnitude improved.
Dieser Effekt ist besonders bei Verbrennungsmotoren mit strahlgeführtem Brennverfahren von Bedeutung, bei denen eine aus dem Einspritzstrahl gebildete Ladung aus zündfähigem Gemisch wegen der durch die Einspritzung induzierten Ladungsbewegung nur sehr kurz in ausreichender Nähe und ausreichend langsamer Geschwindigkeit an der Zündkerze vorliegt.This effect is particularly important in internal combustion engines with jet-guided combustion process in which a charge of ignitable mixture formed from the injection jet due to the induced by the injection charge movement is present only a short time in sufficient proximity and sufficiently slow speed at the spark plug.
Bevorzugt ist auch, dass der Bezugswinkel als Basis für die Ausgabe eines aus mehreren Einzeleinspritzimpulsbreiten bestehenden Einspritzzuges dient.It is also preferred that the reference angle serves as the basis for the output of an injection train consisting of a plurality of individual injection pulse widths.
Dabei kann der Bezugswinkel eine beliebige Position eines Einspritzzuges markieren, der aus mehreren einzelnen Einspritzungen besteht. So kann diejenige Stelle des Einspritzzuges, deren Winkelposition für das Brennverfahren besonders genau eingehalten werden soll, frei definiert werden und damit auch mitten in einer Einzeleinspritzimpulsbreite oder außerhalb einer Einzeleinspritzimpulsbreite oder außerhalb des Einspritzzuges liegen.In this case, the reference angle can mark any position of an injection train, which consists of several individual injections. Thus, that point of the injection train, whose angular position for the combustion process is to be kept particularly accurate, are freely defined and therefore also in the middle of a single injection pulse width or outside a single injection pulse width or outside of the injection train.
Bevorzugt ist ferner, dass ein Winkelabstand zwischen dem diskret erfassten Winkelwert und dem Start eines Signals zu einer Einspritzanforderung eine vorbestimmte Bedingung erfüllen muss.It is further preferred that an angular distance between the discretely detected angle value and the start of a signal to an injection request must meet a predetermined condition.
Durch diese Ausgestaltung kann die relative Lage von Einzeleinspritzungen eines Einspritzzuges zueinander sehr genau und mit geringem Aufwand gesteuert werden.By this configuration, the relative position of individual injections of an injection train can be controlled each other very accurately and with little effort.
Ferner ist bevorzugt, dass die vorbestimmte Bedingung dann erfüllt ist, wenn ein zeitlicher Abstand zwischen dem Zeitpunkt eines Erfassens des diskreten Winkelwertes und einem Auslösen der Ausgabe der Signals einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.Furthermore, it is preferred that the predetermined condition is satisfied when a time interval between the time of detection of the discrete angle value and a triggering of the output of the signal falls below a predetermined threshold value.
Der Schwellenwert ist bevorzugt so vorbestimmt, dass er größer (oder gleich) ist als die Zeitspanne bis zum Erfassen des nachfolgenden diskreten Winkelwertes und dass er die benötigte Zeit für eventuelle Berechnungen und damit Verzögerungen beinhaltet, so dass gewährleistet ist, dass das Auslösen der Ausgabe des Signals für alle möglichen Wertekombinationen rechtzeitig erfolgt.The threshold is preferably predetermined to be greater than (or equal to) the period of time to detect the subsequent discrete angle value and to include the time required for any calculations and hence delays so as to ensure that the triggering of the output of the Signals for all possible value combinations are made on time.
Alternativ ist folgende Schrittfolge bevorzugt: Bestimmen eines Winkelunterschieds zwischen einem diskreten Winkelwert und einem Bezugswinkel, Bestimmen einer Differenz aus Winkelunterschied und vorbestimmten Höchstwinkelabstand, Umrechnen der Differenz in ein Zeitäquivalent, Vergleichen einer Summe aus einer Vorlagerungszeit und einer Verzugszeit mit dem Zeitäquivalent, und Aufsetzen des Startzeitpunktes dann, wenn die genannte Summe größer als das Zeitäquivalent ist.Alternatively, the following sequence of steps is preferable: determining an angle difference between a discrete angle value and a reference angle, determining a difference of angle difference and predetermined maximum angle distance, converting the difference into a time equivalent, comparing a sum of a pre-storage time and a delay time with the time equivalent, and setting the start time if the said sum is greater than the time equivalent.
Durch diese Ausgestaltungen wird ein kleinstmöglicher Abstand zwischen der letzten Bestimmung des Abstandes (jeweils ausgelöst durch aufeinander folgende Zahnflanken) und dem Start des Signals zur Einspritzanforderung erzielt, was zu einer höchstmöglichen Aktualität der Berechnung des Abstandes zwischen einem Berechnungsereignis an einer Zahnflanke und einem Auslösen eines Steuersignals führt. Dabei wird unter einem Berechnungsereignis ein Ereignis verstanden, das die Berechnung auslöst. Dies kann zum Beispiel eine steigende oder fallende Flanke im Signal der Winkelsensorik sein. Der Schwellenwert ist bevorzugt so bemessen, dass ein bereits berechneter Abstand verworfen wird, wenn die Abstandsbestimmung noch auf einen aktuelleren Winkel und eine aktuellere Winkelgeschwindigkeit gestützt werden kann, die aus einem nachfolgenden diskreten Wert bestimmt werden.By these embodiments, a smallest possible distance between the last determination of the distance (each triggered by successive tooth flanks) and the start of the signal for injection request is achieved, resulting in the highest possible up-to-date calculation of the distance between a calculation event on a tooth edge and a triggering of a control signal leads. A calculation event is an event that triggers the calculation. This can be, for example, a rising or falling edge in the signal of the angle sensor. The threshold is preferably set such that an already calculated distance is discarded if the distance determination can still be based on a more recent angle and a more recent angular velocity determined from a subsequent discrete value.
Durch diese Ausgestaltung kann jeweils auf einfache Weise der aktuellste Abstandswert identifiziert werden, so dass die Abstandsbestimmung mit einer durch die Bemessung einer Zeitspanne oder einer Winkelspanne steuerbaren Aktualität erfolgt.By means of this configuration, the most recent distance value can be identified in each case in a simple manner, so that the determination of the distance takes place with a timeliness which can be controlled by the dimensioning of a time span or an angular span.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Bezugswinkel einem Zündzeitpunkt entspricht. Der Bezugswinkel muss jedoch nicht dem Zündzeitpunkt entsprechen. Wesentlich ist, dass der Bezugswinkel frei wählbar ist.A further preferred embodiment provides that the reference angle corresponds to an ignition point. However, the reference angle does not have to correspond to the ignition timing. It is essential that the reference angle is freely selectable.
Durch diese jeweils sowohl einzeln als auch in Kombination verwendbaren Maßnahmen kann die reproduzierbare Steuerung von Verbrennungen von Brennraumfüllungen wesentlich verbessert werden. Als Folge kann das Potential strahlgeführter Brennverfahren besser ausgenutzt werden. Auch bei anderen Brennverfahren ergibt sich eine bessere Verbrennungsqualität, was sich positiv auf eine angestrebte Verringerung von Schadstoffemissionen auswirkt.By means of these measures which can be used both individually and in combination, the reproducible control of burns of combustion chamber fillings can be substantially improved. As a result, the potential of spray-guided combustion can be better exploited. Also at other combustion processes result in better combustion quality, which has a positive effect on a targeted reduction of pollutant emissions.
Bevorzugt ist auch, dass die diskreten Werte durch Abtasten diskreter Markierungen auf einem drehfest mit einer Welle des Verbrennungsmotors verbundenen Geberrad erfasst werden.It is also preferable that the discrete values are detected by scanning discrete markings on a donor wheel rotatably connected to a shaft of the internal combustion engine.
Ferner ist bevorzugt, dass steigende und/oder fallende Flanken in einem Signal, das die Drehung der Markierungen abbildet, einer Ist-Winkelposition der Welle und damit einer Position innerhalb des Arbeitszyklus als diskrete Werte zugeordnet werden.Furthermore, it is preferred that rising and / or falling edges in a signal which depicts the rotation of the markings are assigned to an actual angular position of the shaft and thus to a position within the work cycle as discrete values.
Diese Ausgestaltungen werden ohne die erfindungsgemäße Signalverarbeitung bereits breit verwendet. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass sich die genannten Verbesserungen ohne eine aufwendige Verfeinerung der Winkelsensorik erzielen lassen, so dass kostengünstige vorhandene Systeme zur Winkelerfassung verwendet werden können.These embodiments are already widely used without the signal processing according to the invention. It is a particular advantage of the invention that the mentioned improvements can be achieved without a costly refinement of the angle sensor, so that inexpensive existing systems for angle detection can be used.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die vorbestimmte Bedingung dann erfüllt ist, wenn bei der aktuellen Beurteilung noch keine Signalausgabe aktiv ist.A further preferred embodiment provides that the predetermined condition is satisfied if, in the current assessment, no signal output is active.
Bei dieser Ausgestaltung wird das Einspritzsignal bevorzugt an einer Mehrzahl aufeinander folgendender diskreter Winkelwerte aufgesetzt. Falls das Signal beim Erfassen eines diskreten Winkelwerts noch nicht aktiv ist, wird das Aufsetzen am vorhergehenden Winkelwert verworfen und nach aktueller Neuberechnung neu aufgesetzt. Der Begriff des Aufsetzens bedeutet auch hier, einen Zeitgeber (Hardwaretimer) mit dem zeitlichen Abstand zwischen der aktuellen Position und dem Beginn eines auszugebenden Signals zu starten. Das Signal wird erst dann aktiv ausgegeben, wenn der Zeitgeber von seinem Startwert auf einen Endwert, zum Beispiel auf Null, herunter gezählt hat. Solange der Endwert noch nicht erreicht ist, kann der Vorgang des Aufsetzens (aus der Vergangenheit) durch Deaktivieren des Zeitgebers Timers per Software verworfen werden.In this embodiment, the injection signal is preferably applied to a plurality of consecutive discrete angle values. If the signal is not yet active when acquiring a discrete angle value, the touchdown at the previous angle value is discarded and reset after a current recalculation. The term of touchdown here also means to start a timer (hardware timer) with the time interval between the current position and the beginning of a signal to be output. The signal is only actively output when the timer has counted down from its start value to a final value, for example zero. As long as the final value has not yet been reached, the process of starting up (from the past) can be discarded by deactivating the Timers timer via software.
Auch hier findet die für die Signalausgabe verwendete Berechnung der Signalausgabe, beispielsweise eines Einspritzbeginns, möglichst spät und damit möglichst aktuell vor dem Beginn einer einfachen Einspritzung oder einer als Einspritzzug aus mehreren Einzeleinspritzungen bestehenden Mehrfacheinspritzung statt. Ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik besteht hier, wie auch bei der Ausgestaltung mit dem Schwellenwert für den Abstand, darin, dass der zeitliche Abstand zwischen einem Bezugswinkel für die Signalausgabe und der Signalausgabe direkt bei jeder Erfassung eines diskreten Wertes, also beispielsweise bei jeder Zahnflanke in die Berechnung eingeht. Beim Stand der Technik wird dagegen in einem ersten Schritt der zeitliche Abstand auf der Basis einer weniger aktuellen Winkelgeschwindigkeit in einen als Folge Toleranzen aufweisenden Winkel umgerechnet.Here, too, the calculation of the signal output used for the signal output, for example of an injection start, takes place as late as possible and thus as up-to-date as possible before the start of a simple injection or multiple injection as injection train consisting of a plurality of individual injections. An essential difference to the prior art, as in the configuration with the threshold for the distance, is that the time interval between a reference angle for the signal output and the signal output directly at each detection of a discrete value, so for example at each tooth flank enters into the calculation. In the prior art, however, in a first step, the time interval is converted on the basis of a less current angular velocity into an angle having tolerances as a result.
Bevorzugt ist auch, dass bei der Bestimmung der zeitlichen Abstände ein gewünschter Winkelabstand aus einer Winkelgeschwindigkeit oder Winkelzeitdauer bestimmt wird, die aus einer Dauer einer Periode oder Teilperiode eines Signals bestimmt wird, das die Drehung der Markierungen abbildet.It is also preferable that, in determining the time intervals, a desired angular distance is determined from an angular velocity or time period determined from a duration of a period or sub-period of a signal representative of the rotation of the markers.
Mit Blick auf Ausgestaltungen des Steuergerätes ist bevorzugt, dass das Steuergerät wenigstens eine der oben ausgeführten Ausgestaltungen von Verfahren ausführt.With regard to embodiments of the control unit, it is preferred that the control unit carries out at least one of the above-described embodiments of methods.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying figures.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der
Die Sensorik des Verbrennungsmotors
Die Nockenwellensensorik
Als weitere Sensoren weist der Verbrennungsmotor
Es versteht sich, dass moderne Verbrennungsmotoren
Aus den Signalen der genannten Sensoren und gegebenenfalls aus Signalen weiterer Sensoren bildet das Steuergerät
In der
Eine solche Quantitätssteuerung der Brennraumfüllung findet im Regelfall im Homogenbetrieb eines Verbrennungsmotors
Die Drehmomentanforderungen können durch verschiedene Steileingriffe erfüllt werden, die die Verbrennung in dem wenigstens einen Brennraum
Drehmomentänderungen, die sehr schnell erfolgen müssen, beispielsweise im Rahmen einer Leerlaufregelung, werden bevorzugt über das Zündsystem
Aktuelle Werte für die Winkelzeitdauer oder die Winkelgeschwindigkeit können zum Beispiel aus dem Zeitabstand zwischen zwei steigenden Flanken (oder zwei fallenden Flanken oder einer steigenden und einer fallenden Flanke) des Signals
Nach Ablauf der Zeit Ta
Bei bekannten Treibern für eine Benzindirekteinspritzung wird eine auf der Funktionsebene
Durch den geringen Abstand Ta plus TI zwischen einem Aufsetzen und einem Beginn der Einspritzung kommt es dagegen bei einer aktuelleren, auf der Treiberebene des Kraftstoffsystems erfolgenden Winkelgeschwindigkeitsbildung (oder Winkelzeitdauerbildung) auch beim Auftreten von großen Drehzahlgradienten nur zu kleinen Abweichungen des Ist-Einspritzbeginnwinkel vom Soll-Einspritzbeginnwinkel.Due to the small distance Ta plus TI between a touchdown and a start of the injection, however, a more recent, at the driver level of the fuel system angular velocity formation (or angle duration formation) occurs even with the occurrence of large speed gradients only small deviations of the actual injection start angle of the target injection start angle.
Ähnliches gilt für Abweichungen des Ist-Einspritzendewinkels vom Soll-Einspritzendewinkel. Die Einspritzdauer oder Einspritzimpulsbreite
Bei neuen Brennverfahren, wie z. B. dem strahlgeführten Brennverfahren werden im Allgemeinen Einspritzzüge aus mehreren von einander getrennten Teileinspritzungen eingesetzt. Dabei ist es von großer Bedeutung dass der Bezugswinkel des Einspritzzuges möglichst genau ausgegeben wird. Da die bisher bekannten Verfahren nur den Beginnwinkel nach dem oben vorgestellten Verfahren verarbeiten, wird die Umrechnung vom Bezugswinkel auf den Beginnwinkel auf der Funktionsebene
Die Toleranz wird im wesentlichen dadurch verursacht, dass bei der Umrechnung vom Soll-Bezugswinkel auf den Einspritzbeginnwinkel die im Synchro-Raster berechnete Motordrehzahl verwendet wird. Da zwischen dem Zeitpunkt der Bestimmung der Motordrehzahl und dem Zeitpunkt des Erreichens des Bezugswinkels eine große Zeitspanne liegt, in der sich die Motordrehzahl resp. die Winkelgeschwindigkeit stark ändern kann, unterliegt diese Umrechnung großen Toleranzen.The tolerance is essentially caused by the fact that the engine speed calculated in the synchro grid is used in the conversion from the desired reference angle to the injection start angle. Since between the time of determining the engine speed and the time of reaching the reference angle, a large period of time, in which the engine speed resp. can change the angular velocity greatly, this conversion is subject to large tolerances.
In der
Zwischen der Bezugswinkelspanne
Bei der Ausgabe von Einspritzzügen
Nach Umrechnen des Winkelabstands
Mit anderen Worten: Der Einspritztreiber des Kraftstoffsystems
Im folgenden werden mit Bezug auf die
Bei der ersten Ausgestaltung, die in der
Wenn der Höchstabstand größer als Ta
Im Schritt
Durch diese Ausgestaltung kann jeweils auf einfache Weise der aktuellste Abstandswert identifiziert werden, so dass die Abstandsbestimmung mit einer durch die Bemessung der Höchstwinkelspanne steuerbaren Aktualität erfolgt. Als Folge wird zum Beispiel eine Einspritzung aufgesetzt, wenn sich eine aktuelle Zahnflanke
Es ist insbesondere bei strahlgeführten Brennverfahren wichtig, dass eine Zündung mit dem Ende einer Einspritzung koordiniert wird. Daher ist diese Ausgestaltung, bei der gewissermaßen in einem Beispiel das Ende einer Einspritzung als Bezugswinkel benutzt wird, in Verbindung mit einem strahlgeführten Brennverfahren von Vorteil. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Differenz aus dem ersten zeitlichen Abstand und einer Summe aus der Dauer des auszugebenden Signalzugs inklusive der Pausenzeiten und einer weiteren Zeitspanne gebildet wird, wobei die weitere Zeitspanne wenigstens eine Verzugszeit TI
Bei einer zweiten Ausgestaltung wird im Schritt
Weiter alternativ zu den Ausgestaltungen nach den
Berechnen des Winkelunterschieds zwischen einer Zahnflanke und dem Bezugswinkel,
Bestimmen einer Differenz aus Winkelunterschied und vorbestimmten Höchstwinkelabstand,
Umrechnen der Differenz in ein Zeitäquivalent,
Vergleichen der Summe aus Vorlagerungszeit
Aufsetzen des Startzeitpunktes dann, wenn die genannte Summe größer als das Zeitäquivalent ist.Further alternatively to the embodiments according to the
Calculating the angular difference between a tooth flank and the reference angle,
Determining a difference between angular difference and predetermined maximum angular distance,
Converting the difference into a time equivalent,
Compare the sum of
Setting the starting time when the said sum is greater than the time equivalent.
In beiden Ausgestaltungen nach den
Das theoretische Optimum bezüglich der Toleranz des Bezugswinkels unter Einhaltung der Zeit Tv wäre erreicht, wenn die Einspritzung genau zum Zeitpunkt ihres Beginns mit der zu diesem Zeitpunkt aktuellen Winkelgeschwindigkeit (Zeitpunkt t = 0 am Beginn der Einspritzung) bzw. Zahnzeit Tz aufgesetzt werden würde. Wie bereits beschrieben, ergeben sich bei der Anwendung der Erfindung unter realen Bedingungen Toleranzen, die eine Größenordnung kleiner sind als bei bekannten Einspritztreibern für eine Benzindirekteinspritzung, bei denen die Treiber nur den Beginnwinkel verarbeiten. Bei den bekannten Einspritzsystemen wird die größere Toleranz im wesentlichen dadurch verursacht, dass bei der Umrechnung vom Soll-Bezugswinkel auf den Einspritzbeginnwinkel die im Synchro-Raster berechnete Motordrehzahl verwendet wird. Da zwischen dem Zeitpunkt der Bestimmung der Motordrehzahl und dem Bezugswinkel dann eine große Zeitspanne liegt, in der sich die Motordrehzahl resp. die Winkelgeschwindigkeit stark ändern kann, unterliegt diese Umrechnung großen Toleranzen.The theoretical optimum with respect to the tolerance of the reference angle in compliance with the time Tv would be reached if the injection would be set up exactly at the time of its beginning with the current angular velocity (time t = 0 at the beginning of the injection) or tooth time Tz. As already described, in the application of the invention under real conditions tolerances are smaller by an order of magnitude than in known injection drivers for gasoline direct injection, in which the drivers process only the initial angle. In the known injection systems, the larger tolerance is essentially caused by the fact that the engine speed calculated in the synchro-grid is used in the conversion from the desired reference angle to the injection start angle. Since between the time of determining the engine speed and the reference angle then a large period of time, in which the engine speed resp. can change the angular velocity greatly, this conversion is subject to large tolerances.
Durch die gegebenenfalls wiederholt im Zeitraster der Berechnungszeitpunkte des vergleichsweise groben Winkelsignals erfolgende Neubestimmung des zeitlichen Abstandes zu einer Signalausgabe und den Vergleich des Abstandes mit der vorgegebenen Bedingung (oder dem Höchstwinkelabstand für das Aufsetzen) kann ein Maximum an Aktualität bei der Bestimmung des Abstands erzielt werden. Dadurch kann zum Beispiel systematisch ein jeweils letztmögliches Berechnungsereignis, das durch eine fallende oder steigende Flanke der beschriebenen Winkelsensorik ausgelöst wird, zur Bestimmung des Abstandes verwendet werden.By redetermining the time interval to a signal output, which may be repeated repeatedly in the time grid of the calculation times of the comparatively coarse angle signal, and comparing the distance with the predetermined condition (or the maximum angle distance for touchdown), a maximum of actuality can be achieved in the determination of the distance. As a result, for example, a respectively last possible calculation event, which is triggered by a falling or rising edge of the described angle sensor system, can be systematically used to determine the distance.
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