DE19626536A1

DE19626536A1 - Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE19626536A1
Application number: DE19626536A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl Ing Burckhardt
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: ITRM970388A0; IT1293066B1; ITRM970388A1; GB9713693D0; FR2750734B1; FR2750734A1; DE19626536C2; GB2314944B; GB2314944A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs sowie eine Einrichtung zur Durch führung dieses Verfahrens.

In der DE 37 21 300 A1 ist eine Einrichtung beschrieben, die auf eine Verstellvorrichtung einer Kraftstoffein spritzpumpe wirkt. Dabei ist ein Kraftstoffördermengen verstellglied, das durch eine Kraftstoffmengen- und -steuerregeleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebspara metern der Brennkraftmaschine verstellbar ist, zusätzlich durch ein Betätigungsorgan verstellbar, das seinerseits von einem in Abhängigkeit vom Auftreten von als Ruckeln bezeichneten schnellen Drehzahländerung oder Relativbewe gungen der Brennkraftmaschine am Fahrzeug gebildeten, dem Ruckeln durch Kraftstoffördermengenglieder entgegenwir kenden Anti-Ruckelsignal gesteuert wird. Zwischen zwei eine Grundeinstellung definierenden Anschlägen ist ein Verstellhebel, der mit dem Kraftstoffördermengenverstell glied gekoppelt ist, verschwenkbar. In einem Steuergerät, dem zumindest die Drehzahl der Brennkraftmaschine zuge führt wird, werden mittels eines Algorithmus sogenannte Anti-Ruckelsignale generiert, die einem Schrittmotor zu geführt werden. Dieser Schrittmotor dreht sich mit be stimmter Schrittzahl und verstellt auf diese Weise die den Verstellbereich definierenden Anschläge für den Ver stellhebel.

Die bekannte Anordnung ist lediglich für mechanische Ein spritzsysteme geeignet, wobei der Verstellhebel von einer an dem Hebel angreifenden Feder einerseits und einem Fliehkraftdrehzahlgeber andererseits beaufschlagt ist. Das Steuergerät kann nicht unmittelbar Einfluß auf die Stellung des Verstellhebel s nehmen, sondern dient ledig lich dazu, die Lage der Anschläge zu verändern, das heißt, eine Änderung des Verstellbereiches zu bewirken. Für moderne Einspritzsysteme mit Schaltventilen, bei de nen die Schaltgeschwindigkeit teilweise im Bereich von < 1 Millisekunde liegt, ist die bekannte Anordnung aufgrund der Trägheit der einwirkenden und zu bewegenden Massen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs zu schaffen, mit dem Bewegungen des Gaspedals möglichst rasch zu einer Einspritzmengenkorrektur zu verarbeiten sind und ein ent sprechendes Steuersignal einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung zugeleitet wird. Au ßerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den Merk malen des Anspruchs 1 und bezüglich der Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se hen, daß eine äußerst rasche Auswertung von Drehzahl und Pedalwertsignal erfolgt und dabei berücksichtigt wird, ob die Drehzahl in einem der Vollast benachbarten Bereich oder in einem der Nullast benachbarten Bereich befindet. Durch diese Maßnahme sowie durch Einbeziehung eines Dreh zahlgewichtungsfaktors können Ruckel-Schwingungen zuver lässig unterbunden werden.

Es ist zweckmäßig, in die Ermittlung des Wertes der Ein spritzmengenkorrektur die jeweilige Fahrstufe des Fahr zeuggetriebes, die momentan benutzt wird, einzubeziehen. Daher sollte die Drehzahländerungsgeschwindigkeit über ein von den jeweiligen Fahrstufen eines Fahrzeuggetriebes abhängiges Bandpaßfilter erzeugt werden. Auch ist es vor teilhaft, in dem Steuergerät fahrzeugtypspezifische Da ten, ein sogenanntes Fahrzeugmodell, abzulegen oder die sem zuzuführen. Auf diese Weise erfolgt die Berechnung eines Drehzahländerungswertes in Abhängigkeit fahrzeugty pischer Parameter, so daß beispielsweise die für Be schleunigungs- oder Verzögerungsvorgänge bedeutsame Mas senträgheit in die Regelung einbezogen wird.

In einem in dem Steuergerät abgelegten Fahrkennfeld wird unter Berücksichtigung des Pedalwertgebersignals und der aktuellen Drehzahl ein Wert des gewünschten Momentes be rechnet. Aus diesem Wert kann unter Berücksichtigung wei terer Parameter ein Lastverhältnis der Drehmomente, näm lich Wunschmenge/Maximalmenge (M_Wunsch : M_Max) gebildet werden, wobei die Maximalmenge u. a. abhängig vom λ-Wert ist. In einem Kennfeld des Steuergerätes kann somit in Abhängigkeit bestimmter Parameter das jeweilige Maximal moment bestimmt werden, beispielsweise um eine Rauchbe grenzung zu erreichen, so daß bei einem bestimmten Be triebspunkt lediglich eine bestimmte Kraftstoffmenge freigegeben wird, unabhängig davon, ob durch die jewei lige Stellung des Fahrpedals eine höhere Kraftstoffanfor derung vorgegeben ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur fahrpedalabhängigen Einspritzmengensteuerung,

Fig. 2 eine Anordnung zur Erzeugung eines Einspritzmen genkorrektursignals,

Fig. 3 eine Anordnung zur Erzeugung eines fahrzeugspezi fischen Drehzahländerungswertes.

In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zur fahrpedal abhängigen Einspritzmengensteuerung dargestellt. Eine Steuergerät 5 dient zur Erzeugung eines Signals zur Ein spritzmengensteuerung, bzw. eines entsprechenden Ände rungswertes in Abhängigkeit mehrerer dem Steuergerät ein gegebener Parameter. Von besonderer Bedeutung ist dabei selbstverständlich die Stellung eines Fahrpedals 1, das schwenkbar auf einem Chassis 2 gelagert ist. Diese Fahr pedalstellung wird als Spannung U_FP dem Steuergerät 5 zu geführt, wobei selbstverständlich die Änderung in der Stellung des Fahrpedals 1 eine Änderung der Spannung U_FP zur Folge hat. Ferner wird dem Steuergerät 5 die von ei ner Drehzahlerfassungseinrichtung 26 ermittelte aktuelle Drehzahl n zugeführt.

Als weitere Eingangsgrößen des Steuergerätes 5 können beispielsweise der Ladedruck P_L, die Kühlmitteltemperatur T_K und die Ladelufttemperatur T_L dienen. Das in dem Steu ergerät 5 aufgrund der Eingangsparameter errechnete Aus gangssignal entspricht der aufgrund der Fahrpedaländerung erforderlichen Änderung der Einspritzmenge, die mit m_e angegeben ist. Dieses Signal wird einem Wandler 6 zuge führt, dessen Ausgangssignal als Strom I zur Ansteuerung eines Injektors 7 dient. Der Injektor 7 kann beispiels weise Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß das auf dem Chassis schwenkbar gelagerte Fahrpedal 1 mittels einer Koppelein richtung 3 auf einen Pedalwertgeber 4 wirkt, der im Aus führungsbeispiel als veränderbarer Widerstand ausgeführt ist. An Stelle des Widerstandes kann auch ein Hallgenera tor oder ein Induktivgeber verwendet werden. Mittels die ses Pedalwertgebers 4 wird die Spannung U in Abhängigkeit der Pedalstellung bzw. der Änderung des Fahrpedals 1 va riiert und als Spannung U_FP dem in Fig. 1 gezeigten Steu ergerät 5 zugeführt. Dieses umfaßt gemäß Darstellung in Fig. 2 zunächst ein Fahrkennfeld 8 mit einer dort abge legten Parameterschar. Zusätzlich zu der Spannung U_FP des Pedalwertgebers 4 wird dem Steuergerät die augenblickli che Drehzahl n zugeführt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 soll die weitere Berechnung im Steuergerät auf der Grundlage des durch die Fahrpedalbetätigung gewünschten Drehmomentes erfolgen. Aus diesem Grund wird vom Fahrkennfeld 8 einem nachgeord neten Druckkennfeld 9 der Wert des gewünschten Momentes M_soll zugeführt. Als weiterer Parameter geht in dem Druckkennfeld 9 der Ladedruck P_L ein, so daß aufgrund der in dem Druckkennlinienfeld abgelegten Drehmomentkennlini en in Abhängigkeit von der Höhe des jeweiligen Lade druckes letztendlich auch eine entsprechend begrenzte Kraftstoffmenge vom Injektor 7 in Fig. 1 eingespritzt wird. Auf diese Weise wirkt das Druckkennfeld 9 als eine Rauchbegrenzung. Das ausgangsseitig des Druckkennfeldes 9 anstehende Signal M₁ entspricht dem Quotienten aus dem gewünschten Drehmoment M_wunsch : maximales Drehmoment M_max, wobei letzteres nach dem λ-Wert des Druckkennfeldes 9 bestimmt ist.

In dem Steuergerät 5 in der Fig. 1 befindet sich gemäß Darstellung in Fig. 2 ein sogenanntes Fahrzeugmodell 10, in dem die fahrzeugspezifischen Werte für eine dem Fahr zeugtyp adäquate Berechnung abgelegt sind. Auf diese Weise wird aus dem Moment M₁ sowie der Drehzahl n der Brennkraftmaschine über das Fahrzeugmodell 10 eine Be schleunigung errechnet, die einem erwarteten Drehzahlän derungswert n entspricht. Der in dem Fahrzeugmodell 10 errechnete erwartete Drehzahländerungswert n wird einem Summationsglied 11 zugeführt, an dem außerdem die über ein DT₁-Glied gebildete Drehzahländerung n anliegt. Die Differenz aus dem erwarteten Drehzahländerungswert n und Drehzahländerung n wird einem Mengenkennfeld 13 zugelei tet, dem als weitere Größe das Moment M₁ eingegeben wird.

Die Parameterschar im Mengenkennfeld 13 ist so angelegt, daß abhängig von dem durch die Fahrpedaländerung ermit telten Momentenwert M₁ sowie des erwarteten Drehzahlände rungswertes n und der Drehzahländerung n ein Wert für die Einspritzmengenkorrektur Δm_e errechnet wird. Um Regelpro blemen, die sich in der Nähe der Vollast oder in der Nähe von Nullast (bei Loslassen des Fahrpedals 1) ergeben könnten, entgegenzuwirken, wird das vom Mengenkennfeld 13 ausgehende Signal der Einspritzmengenkorrektur Δm_e einem Multiplizierglied 14 zugeführt, dem außerdem ein über ein Bandpaßfilter 15 erzeugter Wert der mittleren Drehzahl n zugeleitet wird. Es erfolgt somit in dem Multiplizier glied 14 eine Gewichtung der Drehzahländerungsgeschwin digkeit über das Lastverhältnis und die Drehzahl. Dieser letztendlich erzeugte Wert ist die gewichtete Einspritz mengenkorrektur m_e.

In Fig. 3 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines fahr zeugspezifischen Drehzahländerungswertes gezeigt. Hierfür werden als Eingangssignale das Moment M₁ und die aktuelle Drehzahl n benötigt. Das Moment M₁ wird einer Einspritz mengenkorrektureinheit 25 zugeleitet, die im wesentlichen das Mengenkennfeld 13 und das Multiplizierglied 14 der in Fig. 2 gezeigten Anordnung umfaßt. Außerdem steht der Wert des Drehmomentes M₁ an einem Summierglied 16 an. Die aktuelle Drehzahl n wird zunächst über ein Bandpaßfilter 21 einem DT₁-Glied 22 zugeleitet. Das Bandpaßfilter 21 ist nach den Übersetzungsverhältnissen der Fahrstufen des Getriebes ausgelegt. Das Ausgangssignal des DT₁-Gliedes 22 ist die Drehzahländerung n, die einem PT₁-Glied 20 zu geführt wird. Außerdem wird die Drehzahländerung n einem Summierglied 18 zugeführt, an dem andererseits das Signal des erwarteten Drehzahländerungswertes n ansteht.

In dem PT₁-Glied 20 wird unter Berücksichtigung der je weiligen Fahrstufe des Getriebes, in dem zur Zeit der An trieb erfolgt, ein Signal gebildet, das einem Summier glied 19 zugeleitet wird. Am Summierglied 19 steht außer dem der erwartete Drehzahländerungswert n an, wobei die ser Wert von dem in dem PT₁-Glied 20 gebildeten Ausgangs wert subtrahiert wird. Das in dem Summierglied 19 gebil dete Ergebnis wird in einem Integrator 24 zu einem Momen tenwert umgewandelt, der dem Quotienten aus ΔM : M_max entspricht. In dem Summierglied 16 wird dieser durch den Quotienten ausgedrückte Momentenwert von dem außerdem am Summierglied 16 anstehenden gewünschten Moment M₁ subtra hiert und dieses Ergebnis einem PT₁-Glied 17 zugeleitet. In diesem PT₁-Glied 17 wird aus dem Momentenwert der er wartete Drehzahländerungswert n gebildet, der wie bereits oben erwähnt, an dem Summierglied 18 ansteht. In dem Sum mierglied 18 wird daher eine Differenz Δn gebildet, die der Subtraktion aus n minus n entspricht.

Der auf diese Weise gebildete Drehzahländerungswert wird der Einspritzmengenkorrektureinrichtung 25 zugeführt und unter Berücksichtigung des dort anstehenden Momentenwer tes M₁ in einem Mengenkennfeld zu einem Wert der Ein spritzmengenkorrektur Δm_e verarbeitet. Aus der aktuellen Drehzahl n wird in einem PT₁-Glied 23 die mittlere Dreh zahl n gebildet und diese der Einspritzmengenkorrektur 25 zugeleitet. In dieser Einspritzmengenkorrektureinrichtung 25 erfolgt eine Gewichtung der Drehzahländerungsgeschwin digkeit, das heißt, der Wert der Einspritzmengenkorrektur Δm_e wird multipliziert mit dem Drehzahlgewichtungsfaktor, so daß letztendlich eine gewichtete Einspritzmengenkor rektur m_e vorliegt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zy lindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraft stoffs mit folgenden Verfahrensschritten:

a) in Abhängigkeit der Stellungsänderung eines Fahr pedals (1) wird ein Pedalwertgebersignal (U_FP) er zeugt,
b) das Pedalwertgebersignal (U_FP) wird einem Steuer gerät (5) zugeführt, dem als weitere Eingangsgröße zumindest die aktuelle Drehzahl (n) der Brenn kraftmaschine eingegeben wird,
c) aus dem Wert der aktuellen Drehzahl (n) wird durch Differenziation eine Drehzahländerungsgeschwindig keit (n) ermittelt,
d) in dem Steuergerät (5) wird in Abhängigkeit der Änderung des Pedalwertgebersignals (U_FP) und der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) der Wert einer Einspritzmengenkorrektur (Δm_e) berechnet, wobei der Wert der Einspritzmengenkorrektur (Δm_e) in einem der Vollast benachbarten Bereich negativ und in einem der Nullast benachbarten Bereich positiv verstärkt wird,
e) der Einspritzmengenkorrektur (Δm_e) wird mit einem Drehzahlgewichtungsfaktor multipliziert zu einer gewichteten Einspritzmengenkorrektur (m_e),
f) die gewichtete Einspritzmengenkorrektur (m_e) wird einem Wandler (6) zugeführt, der in Abhängigkeit der gewichteten Einspritzmengenkorrektur (m_e) Steuersignale (I) erzeugt, die einer die Ein spritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung (7) zugeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahländerungsge schwindigkeit (n) über ein von den jeweiligen Fahr stufen (Gängen) eines Fahrzeuggetriebes abhängiges Bandpaßfilter (21) sowie ein DT₁-Glied (22) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuergerät (5) fahrzeugtypspezifische Daten (Fahrzeugmodell) abge legt oder diesem zuführbar sind und die Berechnung eines erwarteten Drehzahländerungswertes (n) in Ab hängigkeit des Fahrzeugmodells (10) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Fahrzeugmodell (10) erzeugte Drehzahländerungserwartungswert (n) um den Wert der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) vermindert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Fahrkennfeld (8) unter Berücksichtigung des Pedalwertgebersignals (U_FP) und der aktuellen Drehzahl (n) ein Wert des ge wünschten Momentes (M_soll) berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, aus dem Wert des gewünschten Momentes (M_soll) unter Berücksichtigung weiterer Pa rameter ein Lastverhältnis von Wunschmenge zu Maxi malmenge (M₁) gebildet wird.

7. Einrichtung zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraft stoffs mit einem Steuergerät (5), einem Pedalwertge ber (4), der mit dem Steuergerät (5) verbunden ist und diesem in Abhängigkeit der Betätigung eines Fahr pedals (1) ein Pedalwertsignal (U_FP) zuführt, einer Drehzahlerfassungseinrichtung (26) der aktuellen Mo tordrehzahl (n), die ebenfalls mit dem Steuergerät (5) verbunden ist und mit Mitteln (12; 21, 22) zur Bildung einer Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) sowie Mitteln (13, 25) zur Berechnung einer Ein spritzmengenkorrektur (Δm_e) unter Berücksichtigung eines in dem Steuergerät abgelegten Mengenkennfeldes (13) einer diesen Mitteln (13) nachgeordneten Ein richtung (14) zur Gewichtung des Wertes der Ein spritzmengenkorrektur (Δm_e) sowie einem Wandler (6), der eingangsseitig die gewichtete Einspritzmengenkor rektur (m_e) empfängt und ausgangsseitig mit einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung (7) verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) ein nach fahrzeugspezifischen Daten erstelltes Fahrzeug modell (10; 16, 17, 19, 20, 24) umfaßt, in dem insbe sondere das Übersetzungsverhältnis der Fahrstufen des Getriebes berücksichtigt sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) ein Bandpaß filter (21) sowie ein differenzierendes Übertragungs glied mit Verzögerung (DT₁-Glied 22) umfassen.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) ein Fahrkennfeld (8) sowie ein Druckkennfeld (9) umfaßt.