DE19931823A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzung ist in wenigstens eine erste Teileinspritzung und eine zweite Teileinspritzung aufteilbar. Ausgehend von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist eine Ansteuerdauer für ein elektrisch betätigbares Ventil vorgebbar. Es wird wenigstens ein Korrekturwert zur Korrektur der Ansteuerdauer bestimmt wird. Ausgehend von dem Korrekturwert sind durch unterschiedliche Wichtung Korrekturwerte für alle Teileinspritzungen vorgebbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der Hauptansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 43 12 586 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem die Ansteuerdauer wenigstens eines elektrisch betätigten Ventils die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. In bestimmten Betriebszuständen wird eine Mindestansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff eingespritzt wird. Hierzu wird ausgehend von einem Startwert die Ansteuerdauer der Voreinspritzung erhöht beziehungsweise verringert. Tritt eine Änderung eines Signals auf, das eine erfolgte Einspritzung charakterisiert, so wird die momentane Ansteuerdauer als Mindestansteuerdauer abgespeichert und bei späteren Zumessungen zur Korrektur der Ansteuerdauer verwendet.

Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE-OS 39 29 747 (US 50 70 836) bekannt. Dort wird ebenfalls die Mindestansteuerdauer bestimmt. Hierzu wird die Dauer der Voreinspritzung ausgehend von einem Wert bei dem keine Einspritzung erfolgt so lange erhöht, bis anhand eines Rückmeldesignals erkannt wird, daß eine Voreinspritzung erfolgt. Die Ansteuerimpulse der Haupteinspritzung werden dabei konstant gehalten. Die Mindestansteuerdauern werden zylinderindividuell ermittelt und abgespeichert und. bei nachfolgenden Voreinspritzungen zur Korrektur der Ansteuerdauer verwendet.

Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, daß die Korrekturwerte lediglich bei der Voreinspritzung ermittelt und bei Voreinspritzung zur Korrektur der Voreinspritzung verwendet werden. Streuungen, die sich auf die Haupteinspritzung und auf die Nacheinspritzung auswirken, können mit diesem Verfahren nicht korrigiert werden.

Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE-OS 33 36 028 bekannt. Dort ist jedem Zylinder eine Regelung zugeordnet, welche das von den einzelnen Zylinder abgegebene Moment auf einen gemeinsamen Mittelwert einstellt. Die Regler beinhalten im Wesentlichen einen integralen Anteil, wobei der Wert des Integralanteils als Korrekturwert angesehen werden kann. Beziehungsweise ausgehend von diesem ermittelten Integralwert kann ein Korrekturwert ermittelt werden.

Nachteilig ist, daß diese Korrekturwerte lediglich in bestimmten Betriebszuständen ermittelt werden beziehungsweise ermittelt werden können, und daß diese lediglich zur Korrektur der Haupteinspritzung verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Toleranzen von Einspritzsystemen, insbesondere von Common-Rail- Einspritzventilen zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzen gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die Toleranzen im Einspritzsystem deutlich. reduziert werden. Diese Reduzierung der Toleranzen wirkt auf alle Teileinspritzungen, das heißt insbesondere auf die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzung. Insbesondere können Toleranzen, die auf Alterungseffekten beruhen, kompensiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß Komponenten des Einspritzsystems verwendet werden können, die größere Toleranzen aufweisen, da die Toleranzen durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise korrigiert werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine und Fig. 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine 10 erhält von einer Kraftstoffzumeßeinheit 30 eine bestimmte Kraftstoffmenge zu einem bestimmten Zeitpunkt zugemessen. Verschiedene Sensoren 40 erfassen Meßwerte 15, die dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, und leiten diese zu einem Steuergerät 20. Dem Steuergerät 20 werden ferner verschiedene Ausgangssignale 25 weiterer Sensoren 45 zugeleitet. Diese erfassen Größen, die den Zustand der Kraftstoffzumeßeinheit und/oder Umweltbedingungen charakterisieren. Eine solche Größe ist beispielsweise der Fahrerwunsch. Das Steuergerät 20 berechnet ausgehend von den Meßwerten 15 und den weiteren Größen 25 Ansteuerimpulse 35, mit denen die Kraftstoffzumeßeinheit 30 beaufschlagt wird.

Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine direkteinspritzende und/oder eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzumeßeinheit 30 kann verschieden ausgestaltet sein. So kann beispielsweise als Kraftstoffzumeßeinheit eine Verteilerpumpe eingesetzt werden, bei der ein Magnetventil den Zeitpunkt und/oder die Dauer der Kraftstoffeinspritzung bestimmt.

Desweiteren kann die Kraftstoffzumeßeinheit als Common-Rail- System ausgebildet sein. Bei diesem verdichtet eine Pumpe Kraftstoff in einem Speicher. Von diesem Speicher gelangt der Kraftstoff über Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Die Dauer und/oder der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird mittels der Injektoren gesteuert. Dabei beinhalten die Injektoren vorzugsweise ein Magnetventil bzw. einen piezoelektrischen Aktor.

Pro Zylinder ist jeweils ein elektrisch betätigbares Ventil vorgesehen. Im folgenden wird das Magnetventil und/oder der piezoelektrische Aktor, der die Kraftstoffzumessung beeinflußt, als elektrisch betätigbares Ventil bezeichnet.

Das Steuergerät 20 berechnet in bekannter Weise, die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge. Diese Berechnung erfolgt abhängig von verschiedenen Meßwerten 15, wie beispielsweise der Drehzahl n der Motortemperatur, dem tatsächlichen Einspritzbeginn und evtl. noch weiteren Größen 25, die den Betriebszustand des Fahrzeugs charakterisieren. Diese weiteren Größen sind beispielsweise die Stellung des Fahrpedals oder der Druck und die Temperatur der Umgebungsluft. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß von anderen Steuereinheiten, wie beispielsweise der Getriebesteuerung, ein Momentenwunsch vorgegeben wird. Dieser Momentenwunsch wird in ein Kraftstoffmengensignal umgerechnet.

Das Steuergerät 20 setzt dann die gewünschte Kraftstoffmenge in Ansteuerimpulse um. Mit diesen Ansteuerimpulsen wird dann das mengenbestimmende Glied der Kraftstoffzumeßeinheit beaufschlagt. Als mengenbestimmendes Glied dient das elektrisch betätigte Ventil. Dieses elektrisch betätigte Ventil ist so angeordnet, daß durch die Öffnungsdauer bzw. durch die Schließdauer des Ventils die einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt wird.

Häufig wird eine kleine Kraftstoffmenge, kurz vor der eigentlichen Einspritzung in den Zylinder zugemessen. Dadurch kann das Geräuschverhalten des Motors wesentlich verbessert werden. Diese Einspritzung wird als Voreinspritzung und die eigentliche Einspritzung als Haupteinspritzung bezeichnet. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß eine kleine Kraftstoffmenge nach der Haupteinspritzung zugemessen wird. Diese wird dann als Nacheinspritzung bezeichnet. Ferner kann vorgesehen sein, daß die einzelnen Einspritzungen in weitere Teileinspritzungen aufgeteilt sind. Dies bedeutet auch Haupteinspritzung, die Voreinspritzung und/oder die Nacheinspritzung können jeweils noch in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt werden.

Problematisch bei solchen Kraftstoffzumeßsystemen ist, daß die elektrisch betätigten Ventile bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen zumessen können. Insbesondere die Ansteuerdauer, bei der gerade Kraftstoff zugemessen wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Diese minimale Ansteuerdauer wird auch als Mindestansteuerdauer ADO bezeichnet. Diese Mindestansteuerdauer führt zu einer Einspritzung, Ansteuerdauern kleiner als die Mindestansteuerdauer führen nicht zu einer Einspritzung. Diese Mindestansteuerdauer hängt von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Temperatur, der Kraftstoffsorte, der Lebensdauer und weiterer Einflüsse ab. Um eine genaue Kraftstoffzumessung erzielen zu können, muß diese Mindestansteuerdauer bekannt sein.

Üblicherweise, wird die Mindestansteuerdauer in bestimmten Betriebszuständen für eine Teileinspritzung ermittelt und bei den nachfolgenden Teileinspritzungen zur Korrektur verwendet. Bei Teileinspritzungen, bei denen keine Korrekturwerte ermittelt werden beziehungsweise ermittelt werden können, erfolgt üblicherweise keine Korrektur.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Korrekturwerte ermittelt und bei allen Teileinspritzungen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert bei den einzelnen Teileinspritzungen unterschiedlich gewichtet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Korrekturwert abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgebbar ist. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird insbesondere durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder eine Lastgröße und/oder eine Momentengröße und/oder eine, die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisierende Größe, bestimmt.

Bei der einzuspritzenden Kraftstoffmenge handelt es sich dabei um die Menge, die bei der Haupteinspritzung oder um die gesamte. Einspritzmenge, das heißt die Summe aus der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung. Anstelle der Kraftstoffmenge kann auch die Ansteuerdauer verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist die Vorgehensweise, wenn die Einspritzung in weitere Teileinspritzung aufgeteilt wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Haupteinspritzung in zwei oder mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Eine entsprechende Vorgehensweise kann auch bei der Nacheinspritzung und bei der Voreinspritzung vorgesehen sein. Weiter ist vorteilhaft, daß die Wichtung der Korrekturwerte ebenfalls abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in Fig. 2 detailliert dargestellt.

Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die Sensoren 40 beaufschlagen eine Mengenvorgabe 22 und eine Korrekturwertvorgabe sowie eine erste Wichtung 221, eine zweite Wichtung 222 und eine dritte Wichtung 223 mit Signalen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren.

Bei diesem Signal handelt es sich insbesondere um die Drehzahl n der Brennkraftmaschine und um eine Größe, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert. Bei dieser Größe handelt es sich beispielsweise um ein Lastsignal und/oder eine Momentengröße. Dieses Lastsignal beziehungsweise die Größe, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, wird dabei üblicherweise nicht von einem Sensor erfaßt. Bei dieser Größe handelt es sich vorzugsweise um eine interne Größe der Steuerung 20. Anstelle der Größen der Sensoren 40 können auch die Ausgangssignale der weiteren Sensoren 45, der Mengenvorgabe 22, der Korrekturwertvorgabe 24 und den Wichtungen 211 bis 223 zugeleitet werden.

Diese in Fig. 2 dargestellten Elemente, insbesondere die Korrekturwertvorgabe 24 und die Mengenvorgabe 22 sind Komponenten des Steuergerätes 20.

Die Mengenvorgabe 22 gibt ein Signal QVE, das der Kraftstoffmenge, die bei der Voreinspritzung zugemessen werden soll, entspricht, an eine erste Umrechnung 201. Desweiteren gibt die Mengenvorgabe 22 ein Signal QHE, das der Menge an Kraftstoff bei der Haupteinspritzung entspricht, an die zweite Umrechnung 202. Desweiteren gibt die Mengenvorgabe 22 ein Signal QNE, das der Kraftstoffmenge bei der Nacheinspritzung entspricht, an eine dritte Umrechnung 203.

Die erste Umrechnung 201 beaufschlagt einen Verknüpfungspunkt 211 mit dem Signal VE, das der Ansteuerdauer der Voreinspritzung entspricht. Die zweite Umrechnung 202 beaufschlagt einen zweiten Verknüpfungspunkt 212 mit einem Signal HE, das der Ansteuerdauer der Haupteinspritzung entspricht. Die dritte Umrechnung 203 beaufschlagt einen dritten Verknüpfungspunkt 213 mit einem Signal NE, das der Ansteuerdauer der Nacheinspritzung entspricht.

Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 211 liegt das Ausgangssignal KVE einer ersten Wichtung 221. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 212 liegt das Ausgangssignal KHE einer zweiten Wichtung 222. Am dritten Verknüpfungspunkt 213 liegt das Ausgangssignal KNE der dritten Wichtung 223. Die Wichtungen 221 bis 223 werden mit einem Korrekturwert K, der von der Korrekturwertvorgabe 224 vorgegeben wird, beaufschlagt. Desweiteren werden die Wichtungen 221 bis 223 mit den Ausgangssignalen verschiedener Sensoren beaufschlagt.

Das Ausgangssignal VEK, das der korrigierten Ansteuerdauer der Voreinspritzung entspricht, gelangt zur Kraftstoffzumeßeinheit 30. Entsprechend gelangt das Ausgangssignal HEK des zweiten Verknüpfungspunktes 212, das der korrigierten Ansteuerdauer der Haupteinspritzung entspricht zur Kraftstoffzumeßeinheit 30. Desweiteren gelangt das Ausgangssignal NEK des dritten Verknüpfungspunktes 213, das der korrigierten Ansteuerdauer der Nacheinspritzung entspricht ebenfalls zur Kraftstoffzumeßeinheit 30.

In der Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise an einem Beispiel dargestellt, bei dem eine Einspritzung des Verbrennungstaktes in drei Teileinspritzungen aufgeteilt ist. Dies sind beispielsweise eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht auf die entsprechende Anzahl von Teileinspritzungen anwendbar. Sie kann bei jeder beliebigen Anzahl von Teileinspritzungen, das heißt bei zwei Teileinspritzungen oder mehr Teileinspritzungen eingesetzt werden. Dabei ist lediglich die Anzahl der Umrechnungen, der Verknüpfungspunkte und der Wichtungen an die Zahl der Teileinspritzungen anzupassen.

Ausgehend von den verschiedenen Betriebskenngrößen ermittelt die Korrekturwertvorgabe 24 einen Korrekturwert K, mit dem die Einspritzdauer zu korrigieren ist. Diese Korrekturwerte werden von der Korrekturwertvorgabe 24 ermittelt und vorzugsweise dauerhaft abgespeichert. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß für jeden Zylinder ein individueller Korrekturwert abgespeichert ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Korrekturwerte abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgelegt sind. Vorzugsweise sind die Korrekturwerte abhängig von der Drehzahl n und einem Lastsignal abgespeichert.

Die Ermittlung der Korrekturwerte erfolgt vorzugsweise, wie es im Stand der Technik beschrieben ist. So wird beispielsweise ausgehend von einem Wert der Ansteuerdauer, bei dem keine Einspritzung erfolgt, die Ansteuerdauer so lange erhöht, bis mittels eines Rückmeldesignals erkannt wird, daß eine Einspritzung erfolgt. Diese so ermittelte Ansteuerdauer, bei der gerade eine Einspritzung erfolgt, wird als Mindestansteuerdauer bezeichnet. Ausgehend von dieser Mindestansteuerdauer kann dann der Korrekturwert ermittelt werden. Bei einer einfachen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Mindestansteuerdauer gleich dem Korrekturwert K ist.

Die Mengenvorgabe 22 berechnet ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen die Signale QVE, QHE und QNE, die die Menge der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung charakterisieren. Diese Mengensignale für die Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung werden in der ersten, zweiten und dritten Umrechnung in Ansteuerdauern umgerechnet. Diese Ansteuerdauern bestimmen die Dauer der Kraftstoffeinspritzung für die Vor-, die Haupt- und die Nacheinspritzung.

Vorzugsweise handelt es sich hierbei um die Ansteuerdauer des elektrisch betätigbaren Ventils der Kraftstoffzumeßeinheit 30. Die Ansteuerdauer VE, HE und NE wird dabei dem jeweiligen Verknüpfungspunkt mit dem Korrekturwert K korrigiert.

Beispielsweise ist vorgesehen, daß zu der berechneten Ansteuerdauer die Mindestansteuerdauer hinzu addiert wird. Die so ermittelten korrigierten Ansteuerdauern VEK für die Voreinspritzung, HEK für die Haupteinspritzung und NEK für die Nacheinspritzung gelangen dann zur Kraftstoffzumeßeinheit 30.

Da sich die Toleranzen und Streuungen auf die einzelnen Teileinspritzungen unterschiedlich auswirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Korrekturwerte für die unterschiedlichen Teileinspritzungen unterschiedlich gewichtet werden. Dies erfolgt in der ersten, zweiten und dritten Wichtung. Die so gewichteten Korrekturwerte gelangen dann zu den verschiedenen Verknüpfungspunkten.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Wichtungsfaktoren WN für die Nacheinspritzung, WH für die Haupteinspritzung und WV für die Voreinspritzung abhängig vom Betriebszustand, insbesondere der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine vorgebbar sind.

Dadurch kann der Einfluß der unterschiedlichen Zylindergegendrücke bei den einzelnen Teileinspritzungen und/oder den unterschiedlichen Betriebszuständen berücksichtigt werden. Der Zylindergegendruck hat einen wesentlichen Einfluß auf die zugemessene Kraftstoffmenge. Bei ansonsten gleichen Parametern, wie beispielsweise der Ansteuerdauer, ergeben sich bei großen Zylindergegendrücken kleinere Einspritzmengen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoffeinspritzung in wenigstens eine erste Teileinspritzung und eine zweite Teileinspritzung aufteilbar ist, daß ausgehend von, der einzuspritzenden Kraftstoffmenge eine Ansteuerdauer für ein elektrisch betätigbares Ventil vorgebbar ist, daß wenigstens ein Korrekturwert zur Korrektur der Ansteuerdauer bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Korrekturwert durch unterschiedliche Wichtung Korrekturwerte für alle Teileinspritzungen vorgebbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einer der Teileinspritzungen um eine Haupteinspritzung handelt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einer der Teileinspritzungen um eine Voreinspritzung handelt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einer der Teileinspritzungen um eine Nacheinspritzung handelt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte für die unterschiedlichen Teileinspritzungen unterschiedlich gewichtet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wichtungsfaktoren für die unterschiedlichen Teileinspritzungen abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgebbar sind.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffeinspritzung in wenigstens eine erste Teileinspritzung und eine zweite Teileinspritzung aufteilbar ist, daß Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge eine. Ansteuerdauer für ein elektrisch betätigbares Ventil vorgeben und die wenigstens ein Korrekturwert zur Korrektur der Ansteuerdauer bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von dem Korrekturwert durch unterschiedliche Wichtung Korrekturwerte für alle Teileinspritzungen vorgeben.