DE19632650C1 - Verfahren zum Unterdrücken von Drehmomentsprüngen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken von Drehmomentsprüngen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ge­ mäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer direkteinspritzenden Diesel-Brennkraftmaschine, läßt sich das Verbrennungsgeräusch erheblich verringern, wenn die Kraft­ stoffmenge nicht auf einmal eingespritzt, sondern auf zwei Einspritzungen pro Zylinderhub verteilt wird. Dabei wird erst eine kleine, sogenannte Pilotmenge, und nach einem Abstands­ winkel die Hauptmenge in den Zylinder eingespritzt (DE 39 35 937 A1). Es wird damit eine Verringerung des Brennraumdruck­ gradienten und somit ein langsamerer Druckaufbau im Brennraum erreicht.

Würdigung des Standes der Technik

Aus der US 4 782 803 ist ein Verfahren zum Steuern der Kraft­ stoffeinspritzung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einer Hochdruckkammer bekannt, die mit Kraftstoffeinspritzdüsen ei­ ner Verbrennungskraftmaschine in Verbindung bringbar ist. Der Kraftstoff wird in der Hochdruckkammer unter Druck gesetzt und der unter Druck gesetzte Kraftstoff von dort zu den Kraftstoffeinspritzdüsen gefördert. Sie weist ferner eine Niederdruckkammer mit einem mit der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer verbundenen Verbindungsweg auf und ein Ma­ gnetventil zum selektiven Verschließen und Öffnen des Verbin­ dungswegs, wobei während des Unterdrucksetzen des Kraftstof­ fes in der Hochdruckkammer das Magnetventil selektiv ge­ schlossen und geöffnet wird, derart daß eine Piloteinsprit­ zung und anschließend eine Haupteinspritzung ausgeführt wer­ den und eine Startzeit und eine Schlußzeit der Piloteinsprit­ zung in Abhängigkeit von Arbeitsbedingungen der Maschine be­ stimmt wird.

Das Geräuschverhalten muß vor allem bei niedrigen bis mittle­ ren Drehzahlen und bis zu mittleren Lasten verbessert werden, während bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten für eine Pilot­ einspritzung zu wenig Zeit zu Verfügung steht. Je nach Be­ triebspunkt muß daher die Piloteinspritzung zu- und abge­ schaltet werden.

Beim Übergang vom Pilotbetrieb zum Nicht-Pilotbetrieb und um­ gekehrt kann es dabei zu Drehmomentsprüngen kommen, die sich im von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeug als Ruck bemerkbar machen und das Fahrzeug zu Schwingungen anregen. Zwischen den Betriebsarten muß daher ein Drehmomentausgleich geschaffen werden.

Übergangsfunktionen, welche die Pilotmenge oder den Abstand der Einspritzungen langsam anpassen, lassen sich aus folgen­ den Gründen nicht durchführen:

• - Die wirksamen Pilotmengen sind sehr klein und bewegen sich an der unteren Grenze der minimal dosierbaren Einspritz­ mengen. Ein langsamer Anstieg von Null zur gewünschten Pi­ lotmenge bzw. ein langsames Zurücknehmen ist daher nicht möglich.
• - Zwischen Pilot- und Haupteinspritzzeitpunkt muß ein Min­ destabstand bestehen, da sonst die beiden Verbrennungen zusammenfallen und der Brennraumdruck erheblich steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu jedem möglichen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zwischen den Betriebsar­ ten Pilot- und Nicht-Pilot-Betrieb umzuschalten, ohne daß Drehmomentsprünge auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Un­ teransprüchen.

Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird durch Drehzahl und zugeführter Gesamteinspritzmenge gekennzeichnet. Es stellt sich damit ein bestimmtes Drehmoment ein. Ziel ist es, im Pilot- wie im Nicht-Pilot-Betrieb mit der vorgegebener Ge­ samtmenge das gleiche Drehmoment zu erzielen. Dazu wird die Differenz aus vorgegebener Gesamtmenge und Pilotmenge gebil­ det und anschließend die Differenz mit einem Korrekturfaktor bewertet. Der Korrekturfaktor bewirkt die Drehmomentanglei­ chung zwischen den beiden Betriebsarten. Er kann auf unter­ schiedliche Weise bestimmt werden, zum Beispiel abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (applikativ oder rechne­ risch) oder als Ergebnis eines Vergleichs zweier Momentenmo­ delle.

Das Prinzip des Verfahrens läßt sich überall dort anwenden, wo zwischen mehreren möglichen Betriebsarten Drehmomentunter­ schiede auftreten, zum Beispiel beim Übergang Leerlaufrege­ lung, Zylindergleichstellung aktiv/nicht aktiv etc.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem eingezeichnetem Be­ reich, innerhalb dessen ein Pilotbetrieb möglich ist,

Fig. 2 einen Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren und

Fig. 3 gemessene Brennraumdruckverläufe einer Brennkraftma­ schine mit und ohne Pilotbetrieb.

In Fig. 1 ist ein typischer Verlauf einer Drehmoment-Dreh­ zahl-Kennlinie einer Diesel-Brennkraftmaschine aufgetragen, wobei mit MD das Drehmoment und mit N die Drehzahl bezeichnet ist. Die durch diese beiden Parameter definierte Fläche wird durch eine nicht näher bezeichnete Gerade in zwei Bereiche geteilt. Der Bereich, in dem ein Pilotbetrieb möglich ist, ist dabei schraffiert gekennzeichnet. Oberhalb eines bestimm­ ten Drehzahlgrenzwertes NG, in diesem Ausführungsbeispiel für eine ausgewählte Brennkraftmaschine NG = 2500 1/min wird un­ abhängig von dem Drehmoment keine Piloteinspritzung mehr aus­ geführt. Für alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, die links der Geraden, also im schraffierten Bereich liegen, wird eine Piloteinspritzung durchgeführt.

Da der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch die Dreh­ zahl und die zugeführte Gesamteinspritzmenge gekennzeichnet ist und beim Übergang vom Pilot-zum Nicht-Pilotbetrieb mit der vorgegebenen Gesamtmenge kein Drehmomentsprung auftreten soll, erfolgt eine Angleichung des Drehmomentes zwischen den beiden Betriebsarten, wie sie anhand des Flußplanes nach Fig. 2 näher erläutert wird.

Im Verfahrensschritt S1 wird nach bekannten Berechnungsmetho­ den, abhängig vom Fahrerwunsch, von den momentan herrschenden Betriebsparametern und von zusätzlichen Funktionen, wie bei­ spielsweise Cylinder Balancing oder Anti-Ruckelfunktion eine Gesamteinspritzmenge an Kraftstoff ME_GESAMT berechnet.

Anschließend wird im Verfahrensschritt S2 abgefragt, ob ein Pilotbetrieb möglich ist. Hierzu wird überprüft, ob der Be­ triebspunkt innerhalb des schraffierten Drehzahl-Drehmoment-Bereiches (Fig. 1) liegt. Ist dies der Fall, so wird im Ver­ fahrensschritt S3 eine Pilotmenge ME_PILOT und anschließend der Einspritzbeginn für die Haupteinspritzung berechnet (Ver­ fahrensschritt S4). Nach der Berechnung eines Einspritzab­ standes SEP zwischen Haupteinspritzbeginn und Piloteinspritz­ beginn (Verfahrensschritt S5) wird im Verfahrensschritt S6 aus der berechneten Gesamtmenge ME_GESAMT und der Pilotmenge ME_PILOT eine Hauptmenge ME_HAUPT nach folgender Beziehung berechnet:

ME_HAUPT = (ME_GESAMT - ME_PILOT) * FAKTOR

Der Korrekturfaktor FAKTOR kann beispielsweise abhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld eines Speichers der elektronischen Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine ausgelesen werden oder er wird als Ergeb­ nis eines Vergleiches zweier an sich bekannter Drehmomentmo­ delle erhalten.

Im Verfahrensschritt S9 werden die so berechneten Werte für die Einspritzmengen, den Einspritzbeginn und den Einspritzab­ stand ausgegeben und die entsprechenden Aktoren angesteuert.

Ergibt die Abfrage in Verfahrensschritt S2, daß kein Pilotbe­ trieb möglich ist, so wird im Verfahrensschritt S7 auf her­ kömmliche Weise der Einspritzbeginn berechnet und nachfolgend sowohl der Wert für die Pilotmenge ME_PILOT als auch der Wert für den Einspritzabstand SEP zu Null gesetzt (Verfahrens­ schritt S8). Anschließend werden die für den Nicht-Pilot-Betrieb berechneten Werte ausgegeben, so daß die berechnete Kraftstoffmenge während eines einzigen Einspritzvorganges eingespritzt wird.

In Fig. 3 ist für eine vorgegebene Brennkraftmaschine für eine Drehzahl N = 1000 1/min und einem Drehmoment MD = 35N abhängig von dem Kurbelwellenwinkel KW der Verlauf des Zylin­ derdruckes P_ZYL einmal bei Betrieb ohne Piloteinspritzung (Fig. 3A) und einmal mit Piloteinspritzung (Fig. 3B) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Aus dem Ver­ gleich der bei den Einspritzvorgängen auftretenden Druckände­ rungen, verdeutlicht durch die Tangenten T3A bzw. T3B ist er­ sichtlich, daß beim Betrieb mit Piloteinspritzung der Druck­ anstieg wesentlich langsamer ist, wodurch ein Drehmoment­ sprung vermieden und das Verbrennungsgeräusch erheblich ver­ ringert werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Unterdrücken von Drehmomentsprüngen beim Be­ trieb einer Brennkraftmaschine, bei der eine berechnete und einem Zylinder der Brennkraftmaschine zuzuführende Gesamtein­ spritzmenge (ME_GESAMT) an Kraftstoff abhängig vom Betriebs­ punkt der Brennkraftmaschine entweder während eines einzelnen Einspritzvorganges zugemessen wird oder auf zwei Einspritz­ vorgänge pro Zylinderhub aufgeteilt ist und während des er­ sten Einspritzvorganges eine Piloteinspritzmenge (ME_PILOT) und während des zweiten Einspritzvorganges eine Hauptein­ spritzmenge (ME_HAUPT) zugemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Gesamteinspritzmenge (ME_GESAMT) und der Pilotein­ spritzmenge (ME_PILOT) die Differenz gebildet und diese mit einem, eine Angleichung des Drehmomentes bewirkenden, vom Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturfak­ tors (FAKTOR) beaufschlagt wird und der so erhaltene Wert die Haupteinspritzmenge (ME_HAUPT) darstellt, so daß sich beim Betrieb mit zwei Einspritzvorgängen das gleiche Drehmoment einstellt, wie beim Betrieb mit nur einem Einspritzvorgang mit der Gesamtmenge (ME_GESAMT).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor (FAKTOR) in einem Kennfeld abgelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor (FAKTOR) als Ergebnis eines Vergleiches zwei­ er Drehmomentenmodelle für die Brennkraftmaschine erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der kleinsten, minimal dosierbaren Pilotein­ spritzmenge (ME_PILOT), der Gesamteinspritzmenge (ME_GESAMT) und dem kleinsten Abstand (SEP) zwischen den beiden Ein­ spritzvorgängen die Mengendifferenz gebildet und mit einem Korrekturfaktor (FAKTOR) bewertet wird.