DE19535056C1 - Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor, bei dem Einspritz­ parameter in Abhängigkeit einer Gruppe von Eingangsgrößen einge­ stellt werden, die wenigstens die Motordrehzahl und den Motormo­ mentsollwert enthält. Solche Verfahren werden heutzutage meist von elektronischen Motormanagementsystemen durchgeführt, welche zwecks Steuerung der Einspritzparameter, insbesondere des Ein­ spritzbeginns und der Einspritzdauer, entsprechende Stellgrö­ ßeninformationen an eine Einspritzanlage liefern. Mit dem Be­ griff Steuerung werden vorliegend nicht nur eigentliche Steue­ rungsprozesse sondern auch Steuerungsvorgänge innerhalb von ei­ gentlichen Regelungsprozessen bezeichnet. Zur Steuerung von Ein­ spritzbeginn und Einspritzdauer werden derzeit verschiedene ex­ tern und intern gebildete Führungs- und Regelgrößen im Motorma­ nagementsystem zu einem Algorithmus verknüpft, der als Ein­ spritzstrategie bezeichnet wird. Der Einsatz elektronischer Mo­ tormanagementsysteme hat gegenüber konventionellen mechanischen Motorsteuerungen den Vorteil, größere Freiheiten bei der Ausle­ gung der Einspritzstrategie zu erlauben. Ein Problempunkt be­ kannter Einspritzstrategien liegt darin, daß sie auf stationären Motorbetrieb optimiert sind, im instationären Betrieb jedoch nicht immer optimale Ergebnisse liefern.

Aus der Offenlegungsschrift EP 0 278 990 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer luftverdich­ tenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Fall einer Erhö­ hung der Motorlast der Zeitpunkt des Förderbeginns am Spritzver­ steller einer Einspritzpumpe zunächst in Richtung spät verscho­ ben und anschließend mit zeitlicher Verzögerung auf den dem er­ höhten Lastzustand angepaßten, in Richtung früh liegenden För­ derbeginnzeitpunkt nachgeführt wird. Ein ähnliches Verfahren, bei dem ebenfalls eine anfängliche Verschiebung des Einspritz­ zeitpunktes in Richtung spät und dann in Abhängigkeit von der zunehmenden Motordrehzahl oder einer anderen für die Motorbe­ schleunigung repräsentativen Größe auf den zum erhöhten Last zu­ stand gehörigen, in Richtung früh verschobenen Wert nachgeführt wird, ist in der Patentschrift US 4.346.688 beschrieben. Mit dieser Methode soll der vermehrten Geräuschentwicklung bei Last­ erhöhung aufgrund verlängerten Zündverzuges durch zuvor kühlere Brennräume bei anschließend erhöhter Einspritzmenge entgegenge­ wirkt werden.

Aus der Offenlegungsschrift DE 37 05 278 A1 ist ein Verfahren zur Kraftstoffmengenmodulation für eine Brennkraftmaschine be­ kannt, bei dem positive Schwellen für die erste Ableitung eines motordrehzahlabhängigen Signals vorgesehen sind, oberhalb derer die Kraftstoffmenge so moduliert wird, daß Ruckelschwingungen der Brennkraftmaschine entgegengewirkt wird.

In der Offenlegungsschrift DE 39 25 877 A1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung eines Kraftstoffzumeßsignals bei einer Diesel­ brennkraftmaschine offenbart, bei dem ausgehend von Meßgrößen wie Fahrpedalstellung, Drehzahl, Lambdawert, Abgastemperatur oder Drehmoment eine fahrpedalstellungsabhängige Vorgabe eines Kraftstoffmengenwunschs zusammen mit einem zweiten Signal, das einem von der Drehzahl abhängigen Vorsteuerkennfeld entstammt und bei bestimmten Betriebszuständen von einem Reglerausgangs­ signal beeinflußt wird, auf eine die Kraftstoffzumessung bestim­ mende Minimalauswahl gegeben wird. Die Werte des Vorsteuerkenn­ feldes können von der angesaugten Luftmenge abhängen, die ihrer­ seits ausgehend von der Ableitung der Drehzahl und der einge­ spritzten Kraftstoffmenge simuliert werden kann. Die Parameter des Reglers können unter anderem vom Gradient des Lambdawertes beeinflußt werden, wenn die Ableitung der Motordrehzahl größer als eine vorgegebene Schwelle ist.

In der Patentschrift US 4.690.114 ist ein Geschwindigkeitssteu­ ersystem für einen Dieselmotor beschrieben, bei dem die als Führungsgröße für die Regelung der Kraftstoffeinspritzung vor­ gegebene Motorsollgeschwindigkeit unter anderem in Abhängigkeit vom zeitlichen Gradienten der Motor-Istgeschwindigkeit festge­ legt wird.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor zugrunde, mit dem ein verbessertes Motorbe­ triebsverhalten insbesondere während instationärer Betriebspha­ sen erzielt wird.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs I gelöst. Das Verfahren berücksichtigt bei der Ein­ spritzstrategie nicht nur die herkömmlichen Eingangsgrößen, wie Drehzahl und Motormomentsollwert etc., sondern vor allem auch deren zeitliche Gradienten. Es zeigt sich, daß dadurch ein ver­ bessertes Betriebsverhalten besonders in instationären Be­ triebsphasen, wie z. B. während einer Lasterhöhung, erreicht wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 kann die Abhängigkeit der Einspritzbeginn- und Einspritzdauereinstellung von den zeitlichen Gradienten der Eingangsgrößen eine direkte funktionale Abhängigkeit sein oder aber in einer indirekten Be­ einflussung bestehen, bei der Schwellwerte, bei deren Über­ bzw. Unterschreitung eine jeweilige Änderung der Einspritzstra­ tegie erfolgt, in Abhängigkeit von den Gradienten verändert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Dieselmotorsteuerung.

Wie in der Figur dargestellt, erzeugt ein Motorsteuergerät (1) als Zentraleinheit eines elektronischen Motormanagementsystems in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen Fahrpedalstellung (p_s) und Motordrehzahl (n_m) die erforderliche Einspritzinformation (E_s), mit der das Motorsteuergerät (1) eine Einspritzanlage (2) für einen Dieselmotor (3) ansteuert. Die Einspritzanlage (2) wählt anhand der zugeführten Einspritzinformation (E_s) den je­ weils richtigen Einspritzbeginn (t_b) und die richtige Ein­ spritzdauer (t_d) für jeden Arbeitstakt des Dieselmotors (3), der ausgangssei­ tig neben der Motordrehzahl (n_m) ein entsprechendes Motormoment (m_m) liefert. Wie gezeigt, wird die Information über die momenta­ ne Motordrehzahl (n_m) an die Eingangsseite des Motorsteuergerätes (1) rückgeführt.

Das Motorsteuergerät (1) bestimmt die Steuer- und Regelstrategie für den Dieselmotor (3) mittels einer Einspritzstrategie, die als Verknüpfungsgrößen nicht nur wie üblich die Motordrehzahl (n_m) als externe Regelgröße und den Sollwert des Motormomentes (m_m) als interne Rechengröße sowie je nach Anwendungsfall weitere herkömmlich berücksichtigte Eingangsgrößen zur Bildung eines Einspritzalgorithmus heranzieht sondern auch deren zeitliche Gradienten als interne Rechengrößen, d. h. insbesondere den Dreh­ zahlgradient und den Motormomentsollwertgradient.

Dabei gehen in einer ersten Variante der Drehzahlgradient und der Motormomentsollwertgradient direkt in einen funktionalen Zu­ sammenhang ein, der die Werte der Einspritzparameter, d. h. des Einspritzbeginns (t_b) und der Einspritzdauer (t_d), als Funktionen der genannten Verknüpfungsgrößen bestimmt. Derartige funktionale Zusammenhänge sind an sich bekannt und bedürfen hier keiner nä­ heren Beschreibung, wobei sich für den Fachmann die erfindungs­ gemäß neue Berücksichtigung der Gradientenwerte an passender Stelle des funktionalen Zusammenhangs je nach Anwendungsfall oh­ ne weiteres ergibt.

Als zweite Variante kann vorgesehen sein, über die jeweiligen Werte der Gradienten der Verknüpfungsgrößen für die Einspritz­ strategie feste oder variable Schwellwerte zu definieren, nach deren Überschreitung für einen festen oder variablen Zeitraum Eingriffe vorgenommen werden, welche die Einspritzstrategie ver­ ändern. Bei dieser Methode beeinflussen die Gradienten der her­ kömmlichen Verknüpfungsgrößen die Einspritzparameter indirekt. Je nach gewählter Variante gibt das Motorsteuergerät (1) die entsprechende Einspritzinformation (E_s) zur geeigneten Ansteue­ rung der Dieselmotor-Einspritzanlage (2) ab.

Mit dieser Vorgehensweise kann der Dieselmotor (3) in seinem Be­ triebsverhalten einerseits stationär optimiert werden und ande­ rerseits unter Erhaltung der optimierten stationären Betriebsei­ genschaften auch instationär mit Hilfe der die Gradienten wenig­ stens der Motordrehzahl (m_m) und des Motormomentsollwertes be­ rücksichtigenden Einspritzstrategie optimiert werden.

Beispielhaft ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren mit der die zeitlichen Gradienten von Motordrehzahl, Motormoment­ sollwert und gegebenenfalls weiterer Größen berücksichtigenden Einspritzstrategie bei einer Lastaufschaltung mit resultierendem positivem Drehzahlgradienten, d. h. einer Fahrzeugbeschleunigung, gegenüber den stationär ausgelegten Einspritzbeginnzeitpunkten für die durchlaufenen Drehzahlpunkte eine Verschiebung des Ein­ spritzbeginns in Richtung früh vorzunehmen. Grundsätzlich führt dies zu einem besseren Wirkungsgrad wegen besserer Kraft­ stoffausnutzung und zu einer geringeren Rauchemission. Im sta­ tionären Motorbetrieb führt die Verschiebung des Einspritzbe­ ginns in Richtung früh zu einer erhöhten Stickoxidemission. Für den vorliegenden instationären Fall speichern die Brennraumwände den aus der Vergangenheit kälteren Zustand und vermindern die Stickoxidemission derart, daß eine Verschiebung in Richtung früh zugelassen werden kann. Die Berücksichtigung der genannten zeit­ lichen Gradienten von Motordrehzahl, Motormomentsollwert etc. verbessert daher gegenüber herkömmlichen Dieselmotorsteuerungen das instationäre Betriebsverhalten von Dieselmotoren.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor, bei dem

• - Einspritzparameter in Abhängigkeit einer Gruppe von Eingangs­ größen eingestellt werden, die wenigstens die Motordrehzahl (n_m) und den Sollwert des Motormoments (m_m) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Einspritzparameter Einspritzbeginn (t_b) und Einspritzdau­ er (t_d) zusätzlich in Abhängigkeit des zeitlichen Gradienten des Motormomentsollwertes eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzparameter Einspritzbeginn (t_b) und Einspritzdauer (t_d) zusätzlich in Abhängigkeit des zeitlichen Gradienten we­ nigstens der Motordrehzahl eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Gradient des Motormomentsollwertes und optional derjenige der Motordrehzahl entweder als direkte funktionale Größen den Einspritzbeginn (t_b) und die Einspritzdauer (t_d) oder die Höhe von Schwellwerten beeinflussen, bei deren Über- bzw. Unterschreitung die Einstellung des Einspritzbeginns und/oder der Einspritzdauer für eine feste oder variable Zeit­ spanne verändert wird.