EP1525383A1 - Verfahren zum umrechnen einer kraftstoffmenge in ein drehmoment - Google Patents

Verfahren zum umrechnen einer kraftstoffmenge in ein drehmoment

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EP1525383A1
EP1525383A1 EP03787310A EP03787310A EP1525383A1 EP 1525383 A1 EP1525383 A1 EP 1525383A1 EP 03787310 A EP03787310 A EP 03787310A EP 03787310 A EP03787310 A EP 03787310A EP 1525383 A1 EP1525383 A1 EP 1525383A1
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EP
European Patent Office
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torque
efficiency
fuel quantity
target
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03787310A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Birkner
Johannes Feder
Rainer Hirn
Achim Przymusinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1525383A1 publication Critical patent/EP1525383A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/38—Control for minimising smoke emissions, e.g. by applying smoke limitations on the fuel injection amount

Definitions

  • the invention relates to a method for converting a target fuel quantity into a target torque in an internal combustion engine.
  • Torque-based control structures are increasingly being used in internal combustion engines. Structures of this type process all the performance requirements imposed on the internal combustion engine in the form of torque requirements, suitably link these torque requirements to an overall torque depending on the operating point, and use them to generate a value for a fuel quantity that the internal combustion engine can use to carry out the requested operation, i.e. to meet the torque requirements.
  • the fuel quantity can be a fuel mass, for example, which is to be injected into the combustion chambers of the internal combustion engine by means of an injection system.
  • Such torque-based structures have the advantage that further functionalities can be easily integrated with regard to their performance requirements for the internal combustion engine. If, for example, an internal combustion engine is to be adapted for operation with an air conditioning system, then only the torque request made by an air conditioning system has to be additionally taken into account when generating the total torque in the torque-based structure.
  • the structures mentioned therefore give great flexibility in adapting a control system to a given internal combustion engine model.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset such that the conversion of fuel quantity into torque can be carried out in a computationally economical manner and, in particular, the requirement of invertible main characteristic maps can be dropped.
  • this object is achieved in that, before the conversion to the current operating point, the efficiency of the internal combustion engine is determined as the ratio of the actual torque and the actual fuel quantity, and the target torque is determined from the efficiency and the target fuel quantity.
  • the concept according to the invention therefore no longer attempts to carry out the conversion of torque into fuel quantity in inverted form in the moent-based structure, but instead uses a determination of the efficiency of the internal combustion engine, this efficiency being understood as a ratio of torque to fuel quantity, ie not a power output by the internal combustion engine is taken into account. Based on this efficiency, as it is at the current operating point, the fuel quantity can be easily converted into torque without having to convert to complex characteristic maps. This reduces the storage space for such identifiers. At the same time, the conversion time or the computational effort required for this can be reduced. In the simplest case, the efficiency can be calculated by dividing the torque delivered at the last injection time by the amount of fuel supplied to the internal combustion engine.
  • This calculation method can be refined in the form of an extrapolation of the efficiency, which inferred from the efficiency, as it was previously, to the efficiency at the next calculation time.
  • any extrapolation method is suitable for the invention, which is why it is preferred that an extrapolation of the efficiency is used to determine the target torque.
  • An extrapolation is usually particularly easy to carry out if it is a linear extrapolation. Therefore, one is particularly preferred.
  • Calculation scheme a sometimes intolerable error set.
  • an efficiency curve is used to determine the efficiency, which curve shows the maximum ratio of torque and fuel quantity as a function of the fuel quantity.
  • Such a curve can also be used to achieve a precise determination of the target torque for the target fuel quantity, eg. B. in which the efficiency of the current fuel mass is calculated and a suitable efficiency curve is selected.
  • a selection of the suitable efficiency curve then takes into account the parameters of the internal combustion engine that go beyond the fuel mass; These can be, among other things, speed, operating temperature of the internal combustion engine, position of a charging device (eg turbine charger), intake air temperature, ambient air pressure, fuel quality, etc.
  • the ratio of the actual torque and the actual fuel quantity can be compared at the current operating point and with the efficiency displayed by the efficiency curve (applicable for standard operating conditions) and the efficiency curve depending on the result of this comparison be modified so that the target torque is then determined using the modified efficiency curve.
  • This approach combines the advantages of a very precise determination of the target torque for the desired target fuel quantity with the advantages that only a single efficiency curve has to be kept in a memory.
  • a variety of manipulations can be carried out on the efficiency curve, for example multiplication by a fuel mass-dependent factor or the like. It is particularly simple and yet surprisingly precise to make the difference between the calculated and displayed efficiency when comparing and to modify the efficiency curve by exactly this difference in the modification move.
  • the underlying assumption that operating parameters deviating from the standard operating conditions essentially lead to a shift in the efficiency curve has been found to be suitable for most applications.
  • the target fuel quantity is an operating point-dependent, maximum fuel quantity which is determined by a predefined soot behavior of the internal combustion engine, and when exceeded If there is an impermissible generation of soot by the internal combustion engine at the operating point.
  • 1 is a block diagram for a torque-based control structure with a conversion of a target fuel quantity into a target torque
  • FIG. 1 A torque-based structure for determining the amount of fuel to be supplied to an internal combustion engine is shown in FIG. 1 as a block diagram.
  • the torque-based structure 1 determines a fuel mass MF from various input variables, which is a parameter for an injection system of a diesel engine.
  • the torque-based structure 1 not only specifies the value of the fuel mass MF, but also how it is to be delivered with a specific injection course, i.e. how the fuel mass MF should be distributed over pre, main and post injections.
  • the torque-based structure 1 has a torque calculation unit 2 as the core element, which calculates an overall torque TQ, which is required by the internal combustion engine, from a wide variety of input variables.
  • the input variables of the Torque calculation unit 2 essentially include torque requirements that are suitably linked depending on the operating parameters P, which torque calculation unit 2 also receives.
  • the structure and function of such a torque calculation unit 2 are known to the person skilled in the art.
  • the value for the torque TQ output by the torque calculation unit 2 is then converted in a main characteristic diagram 3 into the value for the fuel mass MF and into the parameters mentioned for controlling the injection process.
  • a main characteristic diagram 3 When applying the torque-based structure 1 to an internal combustion engine model, essentially only the main characteristic diagram 3 has to be adapted accordingly, since only here do the motor conditions of the internal combustion engine model come into play.
  • the torque calculation unit 2 processes various torque requests on the input side. The most important of these is a torque request TQ-DRV from an accelerator pedal sensor 4, which represents the torque requested by the driver of a vehicle equipped with the internal combustion engine.
  • the torque calculation unit 2 also takes into account external torque requests 5, which flow to the torque calculation unit 2 in the block diagram of FIG. 1 in the form of a torque request TQ-EXT.
  • Such external torque requirements 5 can, for example, be requirements of external power consumers, such as air conditioning systems or the like. act.
  • a cruise control system is also an example of an external torque request 5.
  • the concept of the torque-based structure 1 provides for the torque calculation unit 2 to be supplied with torque requests only. Now there are individual functions that do not issue a torque request, but one
  • Fuel mass limit This is, for example, a soot limitation unit 6 or a torque ' Limiting unit 7, which output both values for fuel masses which (at the current operating point) must not be exceeded due to exhaust gas or engine conditions.
  • the fuel mass limit values MF-SM and MF-TQ output by these units can now not simply be supplied to the torque calculation unit 2, since these cannot process values for fuel masses. It is therefore imperative to convert these fuel mass limit values into torque limit values.
  • an efficiency calculation module 8 is provided in the torque-based structure of FIG. 1, which contains the value for the fuel mass MF, as it is output by the main characteristic diagram 3, and the value for the torque TQ, which is output by the torque calculation unit 2.
  • the efficiency calculation module 8 converts these two values, torque TQ and fuel mass MF, into an efficiency H in a manner still to be described, which efficiency efficiency by a simple multiplication in a multiplier 9 enables the fuel mass limit values MF-SM or MF-TQ in implement the corresponding torque limit values TQ-SM or TQ-MAX. These can then be fed to the torque calculation unit, so that the function of the soot limitation unit 6 and the torque limitation unit 7, which in the block diagram of FIG. 1 exemplarily represent functions that output a fuel mass value, in the torque-based structure 1 in a simple manner Can be taken into account.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a possible implementation of the efficiency calculation module 8 in detail. It first calculates the ratio of torque TQ and fuel mass MF in a multiplier 10 and thus outputs one as efficiency H. Then there is a delay in a delay element 11 by one calculation cycle, so that on the output side of the delay element 11 there is the efficiency of the penultimate calculation cycle. This is symbolized in FIG. 2 by the addition (n-1). With this efficiency H, the conversion of the target fuel quantities in the form of the fuel mass limit values MF-SM and MF-TQ into target torque values in the form of the torque limit values TQ-SM and TQ-MAX is then carried out in multiplier 9.
  • the concept of the implementation of the efficiency calculation module 8, which is laid down in the block diagram in FIG. 2, therefore provides for the efficiency from the previous calculation cycle to be used for the current conversion of the target fuel mass into the target torque.
  • the efficiency calculation module 8 can also be implemented in other ways. This makes it possible to fall back on an efficiency curve 12 as shown in FIG. 3.
  • the efficiency curve 12 of FIG. 3 which shows the efficiency as a ratio of torque TQ and fuel mass MF over the fuel mass MF, shows the maximum efficiency H that the internal combustion engine can achieve with the respective fuel mass. Since the efficiency H naturally depends on the operating parameters of the internal combustion engine - for example, the operating temperature is the
  • the efficiency curve 12 applies only to certain standard operating parameters. Outside of these operating parameters, the efficiency will regularly be lower for a given fuel mass. It is also conceivable that, for certain areas, operating conditions that deviate from the standard operating parameters can sometimes achieve higher efficiency.
  • the efficiency to the fuel mass limit value MF-SM (1) as it is output by the soot limitation unit 6 at the current operating point, can then be determined.
  • 3 clearly shows that the efficiency H (MF-SM (1)) obtained in this case differs significantly from that which would be obtained with the original efficiency curve 12 due to the shift 13.
  • the shift 13 can also be applied directly to the efficiency H, which the unmodified efficiency curve 12 indicates for the fuel mass limit MF-SM (l).
  • the efficiency 8 determined in this way is then used in the multiplier 9 to determine the desired torque limit value TQ-SM.
  • An analogous method is also used for the fuel mass limit value MF-TQ, the output from the Momen- • tenbegrenzungsaku. 7
  • the approach shown in FIG. 3 to use the efficiency curve 12 in the efficiency calculation module 8 is particularly advantageous if the fuel mass at the current time MF (1), which the torque-based structure 1 provides for the internal combustion engine, differs greatly from the fuel mass limit value MF -SM or MF-TQ differentiates, so that the assumption that the fuel mass limit value has the same efficiency as the current operating point would lead to inadmissible errors in the determination of the torque limit values.
  • the efficiency calculation module 8 dispenses with the resorted to an efficiency curve 12 and used extrapolation instead.
  • An efficiency H (MF (1)) is determined from the fuel mass MF (1) and the current torque TQ (1) at the current time.
  • the same occurs for the fuel mass MF (2) and the torque TQ (2).
  • the resulting change in efficiency (now efficiency H (MF (2)) is present) and fuel mass is used for an extrapolation, which is illustrated in FIG. 4 by an extrapolation line 15.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Umrechnen einer Kraftstoffmenge (MF) in einen Drehmoment (TQ) bei einer Brennkraftmaschine wird vor der Umrechnung zum aktuellen Betriebspunkt der Wirkungsgrad (H) der Brennkraftmaschine als Verhältnis von Ist-Drehmoment (TQ) und Ist-Kraftstoffmenge (MF) ermittelt und das gesuchte Drehmoment (MF) aus dem Wirkungsgrad (H) und der Kraftstoffmenge (MF) bestimmt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Umrechnen einer Kraftstoffmenge in ein Drehmoment
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umrechnen einer Soll-Kraftstoffmenge in ein Soll-Drehmoment bei einer Brennkraftmaschine.
Bei Brennkraftmaschinen werden vermehrt momentenbasierte Regelungs-Strukturen verwendet. Solche Strukturen verarbeiten sämtliche an die Brennkraftmaschine gestellten Leistungsanforderungen in Form von Drehmoment-Anforderungen, verknüpfen diese Drehmoment-Anforderungen betriebspunktabhängig geeignet zu einem Gesamt-Moment und erzeugen daraus einen Wert für eine Kraftstoffmenge, die der Brennkraftmaschine zur Abwicklung des angeforderten Betriebes, d.h. zur Erfüllung der Drehmoment-Anforderungen, zugeführt werden muss. Bei der Kraftstoffmenge kann es sich beispielsweise im Fall von Diesel- Brennkraftmaschinen um eine Kraftstoffmasse handeln, die mittels einer Einspritzanlage in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll.
Solche momentenbasierte Strukturen haben den Vorteil, dass weitere Funktionalitäten bezüglich ihren Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine einfach integriert werden können. Soll beispielsweise eine Brennkraftmaschine an den Betrieb mit einer Klimaanlage angepasst werden, so muss lediglich die von einer Klimaanlage gestellte Drehmoment- Anforderung zusätzlich bei der Erzeugung des Gesamt-Momentes in der momentenbasierten Struktur berücksichtigt werden. Die erwähnten Strukturen geben also große Flexibilität bei der Adaption eines Regelungssystems auf ein gegebenes Brennkraftmaschinenmodell .
Dies gilt insbesondere, da die Umsetzung des am Ende der drehmomentenbasierten Struktur vorliegenden Gesamt-Momentes in Parameter für die Kraftstoffversorgung, beispielsweise in Parameter für die Ansteuerung eines Einspritzsystems, hoch brennkraftmaschinenspezifisch ist. Hier ist ein Kennfeld üblich, das aus einer Drehmomentenanforderung für den jeweiligen Betriebspunkt die optimale Kraftstoffmasse ermittelten, da dieser Parameter bislang regelmäßig der einzig zu variierende Parameter bei einem Einspritzsystem war. Das dabei verwendete Kennfeld wird seiner zentralen Funktion wegen auch als Hauptkennfeld bezeichnet.
Mit dem Aufkommen von Einspritzanlagen, die aus Druckspeichern gespeiste, weitgehend frei ansteuerbare Injektoren verwenden, kann nunmehr nicht nur die Kraftstoffmasse, sondern auch eine nahezu frei wählbare Variation von Einspritzvorgän- gen für einen einzigen Brennvorgang verwendet werden. Zur Ansteuerung solcher Einspritzsysteme, die eine Vielzahl von Freiheitsgraden zulassen, genügen jedoch bisherige Hauptkenn- felder nicht mehr; statt dessen werden komplex verknüpfte Kennfeldsätze verwendet.
Aus dieser zunehmenden Komplexizität der Umsetzung eines angeforderten Gesamt-Momentes in eine Kraftstoffmenge ergibt sich die Problematik, dass dementsprechend auch eine Umrechnung einer Kraftstoffmasse in ein Drehmoment zunehmend schwieriger wird. Solche Umrechnungen, wie sie im Verfahren der erwähnten Art gefordert sind, treten beispielsweise dann auf, wenn Kraftstoffmengengrenzwerte, beispielsweise eine maximale Kraftstoffmenge, die von einem Einspritzsystem abgegeben werden kann, in ein Soll-Drehmoment umgesetzt werden müs- sen, um sie in einer üblichen momentenbasierten Regelungsstruktur berücksichtigen zu können. Ein weiteres Beispiel für einen Kraftstoffmengengrenzwert, der im Betrieb häufig in ein Drehmoment umgerechnet werden muss, findet sich bei Ruß- Begrenzungsfunktionen, wie sie für modernen Diesel- Brennkraftmaschinen Standard sind. Solche Funktionen geben betriebsparameterabhängig eine maximale Kraftstoffmasse aus, die zur Vermeidung unerwünschter Rußbildung nicht überschrit- ten werden darf. Um solche Funktionen in eine momentenbasierte Regelungsstruktur zu integrieren, muss eine Soll- Kraftstoffmasse in einen Soll-Drehmoment umgerechnet werden.
Im Stand der Technik konnte dies durch ein zum Hauptkennfeld inverses Kennfeld erfolgen. Mit der erwähnten zunehmenden Komplexizität des Hauptkennfeldes ist eine solche Invertierung jedoch nur noch mit sehr großem Aufwand oder nur eingeschränkt möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass eine Umrechnung von Kraftstoffmenge in Drehmoment rechensparsam erfolgen und insbesondere das Erfordernis invertierbarer Hauptkennfelder fallengelassen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Umrechnung zum aktuellen Betriebspunkt der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine als Verhältnis von Ist-Drehmoment und Ist-Kraftstoffmenge ermittelt und das Soll-Drehmoment aus dem 'Wirkungsgrad und der Soll-Kraftstoffmenge bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Konzept versucht also nicht mehr die bei der mo entenbasierten Struktur erfolgende Umrechnung von Drehmoment in Kraftstoffmenge in invertierter Form zu durchlaufen, sondern setzt stattdessen eine Ermittlung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine ein, wobei dieser Wirkungsgrad als Verhältnis von Drehmoment zu Kraftstoffmenge verstanden wird, also nicht eine von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung berücksichtigt. Ausgehend von diesem Wirkungsgrad, wie er am aktuellen Betriebspunkt vorliegt, kann eine einfache Umrechnung der Kraftstoffmenge in Drehmoment erfolgen, ohne dass Umrechnung auf aufwendige Kennfelder angewiesen wäre. Dadurch ist der Speicherplatz für solche Kenn- feider reduziert. Zugleich kann die Umrechnungszeit bzw. der dazu nötige Rechenaufwand verringert werden. Im einfachsten Fall kann der Wirkungsgrad durch Division des beim letzten Einspritzzeitpunkt abgegebenen Momentes durch die dabei der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge errechnet werden. Dieses Berechnungsverfahren kann verfeinert werden in Form einer Extrapolation des Wirkungsgrades, die vom Wirkungsgrad, wie er bislang vorlag, auf den Wirkungsgrad zum nächsten Berechnungszeitpunkt schließt. Natürlich sind beliebig Extrapolationsverfahren für die Erfindung tauglich, weshalb es bevorzugt ist, dass zur Bestimmung des Soll- Drehmomentes eine Extrapolation des Wirkungsgrades verwendet wird. Eine Extrapolation ist in der Regel besonders dann einfach ausführbar, wenn es sich dabei um eine lineare Extrapolation handelt. Deshalb ist eine solche besonders bevorzugt.
Lineare Extrapolationen liefern regelmäßig dann gute Ergebnisse, wenn sie gemessen am Verlauf der extrapolierenden Funktionalität, d.h. einer Wirkungsgradkurve, sich im Bereich der Gültigkeit einer linearen Approximation der Kurve bewegen. Das heißt, die Extrapolation darf nur über Bereiche er- folgen, in denen die Wirkungsgradkurve nur vergleichsweise •gering von einem linearen Verlauf abweicht.
Da sich jedoch der Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine abhängig von der zugeführten Kraftstoffmasse (und abhängig von weiteren Betriebsparametern, wie Betriebstemperatur usw. ) ändert, kann mitunter in Fällen, in denen eine Kraftstoffmenge umgerechnet werden soll, die sich stark von der Kraftstoffmasse unterscheidet, die bei der letzten Einspritzung zugeführt wurde, dieses einfache Rechenverfahren zu einem fehler- haften Wert führen. Üblicherweise steigt bei Brennkraftmaschinen der Wirkungsgrad von geringen Kraftstoffmassen bis zu einer mittleren Kraftstoffmasse hin an und sinkt dann wieder ab. Wird die Brennkraftmaschine nun bei einer geringen Kraftstoffmasse betrieben, und soll ein Drehmoment für eine hohe Kraftstoffmasse errechnet werden, kann sich beim erwähnten
Rechnungsschema ein mitunter nicht tolerierbarer Fehler einstellen. Für solche Fälle ist es zweckmäßig, dass zur Ermittlung des Wirkungsgrades eine Wirkungsgradkurve verwendet wird, die das maximale Verhältnis von Drehmoment und Kraftstoffmenge als Funktion der Kraftstoffmenge anzeigt. Mittels einer solchen Kurve kann auch für die Soll-Kraftstoffmenge eine genaue Bestimmung des Soll-Drehmomentes erreicht werden, z. B. in dem der Wirkungsgrad zur aktuellen Kraftstoffmasse berechnet und eine dazu passende Wirkungsgradkurve gewählt wird. Eine Aus- wähl der geeigneten Wirkungsgradkurve trägt dann den über die Kraftstoffmasse hinausgehenden Parametern der Brennkraftmaschine Rechnung; dies können u.a. sein, Drehzahl, Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, Stellung einer Aufladevorrichtung (z.B. Turbinenlader), Ansauglufttemperatur, Umge- bungsluftdruck, Kraftstoff ualität usw.
Statt der Auswahl einer geeigneten Wirkungsgradkurve kann natürlich auch mit einer Normwirkungsgradkurve, die gewisse Standardbetriebsbedingungen voraussetzt, gearbeitet werden. Mit dieser Vereinfachung wird der Speicherbedarf für die Um- •rechnung einer Kraftstoffmasse in ein Drehmoment weiter verringert .
Um die Genauigkeit der Umrechnung bei dieser vereinfachten Variante zu steigern, kann zusätzlich noch am aktuellen Betriebspunkt das Verhältnis von Ist-Drehmoment und Ist- Kraftstoffmenge und mit dem von der (für Standardbetriebsbedingungen geltenden) Wirkungsgradkurve angezeigten Wirkungsgrad verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches die Wirkungsgradkurve modifiziert werden, so dass die Bestimmung des Soll-Drehmomentes dann mittels der modifizierten Wirkungsgradkurve erfolgt. Dieser Ansatz kombiniert die Vorteile einer sehr genauen Bestimmung des Soll-Drehmomentes zur gewünschten Soll-Kraftstoffmenge mit den Vorteilen, dass nur eine einzige Wirkungsgradkurve in einem Speicher vorgehalten werden muss. Bei der Modifikation können vielfältige Manipulationen an der Wirkungsgradkurve durchgeführt werden, beispielsweise Multiplikation mit einem kraftstoffmassenabhängigen Faktor o.a. Besonders einfach und dennoch überraschend genau ist es, beim Vergleich die Differenz zwischen berechnetem und angezeigtem Wirkungsgrad zu bilden und bei der Modifizierung die Wirkungsgradkurve um genau diese Differenz zu verschieben. Die dabei zugrundeliegende Annahme, dass von den Standardbetriebsbedingungen abweichende Betriebsparameter im wesentli- chen zu einer Verschiebung der Wirkungsgradkurve führen, hat sich als für die meisten Anwendungen tauglich herausgestellt.
In einer Kombination des erwähnten Extrapolationsansatzes mit dem Einsatz von Wirkungsgradkurven wird immer dann eine Ext- rapolation verwendet, wenn die Ist-Kraftstoffmasse sich nur wenig von der umzurechnenden Soll-Kraftstoffmasse unterscheidet. Liegt der Unterschied oberhalb eines bestimmten Schwellwertes und damit eine Extrapolation zu fehlerbehaftet, wird eine Wirkungsgradkurve herangezogen. Diese Kombination ver- eint Rechensparsamkeit mit hoher Genauigkeit. Es ist deshalb eine Weiterbildung des Verfahrens bevorzugt, bei der zur Bestimmung des Soll-Drehmomentes die Extrapolation durchgeführt wird, wenn eine Di-fferenz zwischen Ist-Kraftstoffmenge und Soll-Kraftstoffmenge unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, und bei der ansonsten zur Bestimmung des Soll- Drehmomentes die (modifizierte) Wirkungsgradkurve erzeugt und verwendet wird.
Eine häufige Anwendung, bei der eine Soll-Kraftstoffmenge in ein Soll-Drehmoment umgerechnet werden muss, ergibt sich, wie bereits erwähnt wurde, bei einer Rußbegrenzungsfunktion einer Diesel-Brennkraftmaschine. Dort kann das Verfahren mit besonderem Vorteil eingesetzt werden. Es ist deshalb zu bevorzugen, dass die Soll-Kraftstoffmenge eine durch ein vorgegebe- nes Ruß-Verhalten der Brennkraftmaschine bestimmte, betriebspunktabhängige, maximale Kraftstoffmenge ist, bei deren Über- schreitung sich am Betriebspunkt eine unzulässige Ruß- Erzeugung durch die Brennkraftmaschine ergäbe.
Die Erfindung wird nachfolgend unter der Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine momentenbasierte Regelungsstruktur mit einer Umrechnung einer Soll- Kraftstoffmenge in ein Soll-Drehmoment,
Fig. 2 eine alternative Ausführung der Umrechnung der Fig. 2,
Fig. 3 eine Drehmomentenkurve, die bei der Umrechnung ei- ner Soll-Kraftstoffmenge in ein Soll-Drehmoment verwendet werden kann, und
Fig. 4 den Verlauf einer Extrapolation eines Wirkungsgrades zur Umrechnung einer Soll-Kraftstoffmenge in ein Soll-Drehmoment.
In Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine momentenbasierte Struktur zur Bestimmung der Kraftstoffmenge, die einer Brennkraftmaschine zugeführt werden soll, gezeigt. Die momentenba- sierte Struktur 1 ermittelt dabei aus diversen Eingangsgrößen eine Kraftstoffmasse MF, die ein Parameter für eine Ein- spritzanlage einer Diesel-Brennkraftmaschine ist. Dabei gibt die momentenbasierte Struktur 1 nicht nur den Wert der Kraftstoffmasse MF an, sondern auch, wie diese mit einem bestimm- ten Injektionsverlauf abgegeben werden soll, d.h. wie die Kraftstoffmasse MF auf Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen verteilt werden soll.
Die momentenbasierte Struktur 1 weist als Kernelement eine Momentenberechnungseinheit 2 auf, die aus verschiedensten Eingangsgrößen ein Gesamt-Drehmoment TQ berechnet, das von der Brennkraftmaschine verlangt wird. Die Eingangsgrößen der Momentenberechnungseinheit 2 umfassen dabei im wesentlichen Drehmoment-Anforderungen, die abhängig von den Betriebsparametern P, welche die Momentenberechnungseinheit 2 ebenfalls aufnimmt, geeignet verknüpft werden. Aufbau und Funktion ei- ner solchen Momentenberechnungseinheit 2 sind dem Fachmann in der Technik bekannt.
Der von der Momentenberechnungseinheit 2 ausgegebene Wert für das Drehmoment TQ wird dann in einem Hauptkennfeld 3 in den Wert für die Kraftstoffmasse MF sowie in die erwähnten Parameter für die Steuerung des Injektionsverlaufes umgesetzt. Bei der Applikation der momentenbasierten Struktur 1 auf ein Brennkraftmaschinenmodell muss im wesentlichen lediglich das Hauptkennfeld 3 entsprechend angepasst werden, da nur hier die motorischen Gegebenheiten des Brennkraftmaschinenmodells einfließen.
Die Momentenberechnungseinheit 2 verarbeitet eingangsseitig diverse Drehmomentanforderungen. Die bedeutendste darunter ist eine von einem Fahrpedalgeber 4 stammende Drehmomentan- 'forderung TQ-DRV, die das vom Fahrer einer mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeuges angeforderte Moment darstellt. Weiter berücksichtigt die Momentenberechnungseinheit 2 externe Momentenanforderungen 5, die im Blockschalt- bild der Fig. 1 in Form einer Drehmomentanforderung TQ-EXT der Momentenberechnungseinheit 2 zufließen. Bei solchen externen Momentenanforderungen 5 kann es sich beispielsweise um Anforderungen von externen Leistungsverbrauchern, wie Klimaanlagen o.a. handeln. Auch eine Geschwindigkeitsregelanlage ist ein Beispiel für eine externe Momentenanforderung 5.
Das Konzept der momentenbasierten Struktur 1 sieht es vor, der Momentenberechnungseinheit 2 ausschließlich Drehmomentanforderungen zuzuführen. Nun gibt es aber einzelne Funktionen, die keine Drehmomentenanforderung abgeben, sondern einen
Kraftstoffmassengrenzwert. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Rußbegrenzungseinheit 6 oder eine Momenten- ' begrenzungseinheit 7, die beide Werte für Kraftstoffmassen ausgeben, welche (am aktuellen Betriebspunkt) aufgrund abgastechnischer oder motorischer Gegebenheiten nicht überschritten werden dürfen. Die von diesen Einheiten ausgegebenen Kraftstoffmassengrenzwerte MF-SM und MF-TQ können nun nicht einfach der Momentenberechnungseinheit 2 zugeführt werden, da diese Werte für Kraftstoffmassen nicht verarbeiten kann. Es ist deshalb zwingend erforderlich, diese Kraftstoffmassengrenzwerte in Drehmomentengrenzwerte umzurechnen. Für diese Umrechnung ist in der momentenbasierten Struktur der Fig. 1 ein Wirkungsgradberechnungsmodul 8 vorgesehen, das den Wert für die Kraftstoffmasse MF, wie er vom Hauptkennfeld 3 abgegeben wird, und den von der Momentenberechnungseinheit 2 abgegebenen Wert für das Drehmoment TQ aufnimmt. Das Wirkungs- gradberechnungsmodul 8 setzt auf noch zu beschreibende Weise diese beiden Werte, Drehmoment TQ und Kraftstoffmasse MF, in einen Wirkungsgrad H um, der es durch eine einfache Multiplikation in einem Multiplikator 9 erlaubt, die Kraftstoffmassengrenzwerte MF-SM bzw. MF-TQ in entsprechende Drehmomen- tengrenzwerte TQ-SM bzw. TQ-MAX umzusetzen. Diese können dann 'der Momentenberechnungseinheit eingespeist werden, so dass die Funktion der Rußbegrenzungseinheit 6 und der Momenten- begrenzungseinheit 7, die im Blockschaltbild der Fig. 1 beispielhaft für Funktionen stehen, welche einen Kraftstoffmas- senwert ausgeben, in der momentenbasierten Struktur 1 auf einfache Weise Berücksichtigung finden können.
Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild eine mögliche Realisierung des Wirkungsgradberechnungsmoduls 8 im Detail. Es berechnet zuerst in einem Multiplikator 10 das Verhältnis aus Drehmoment TQ und Kraftstoffmasse MF und gibt so einen als Wirkungsgrad H aus. Anschließend findet in einem Verzögerungsglied 11 eine Verzögerung um einen Berechnungstakt statt, so dass ausgangsseitig des Verzögerungsgliedes 11 der Wirkungs- grad zum vorletzten Rechentakt vorliegt. Dies ist in Fig. 2 durch die Hinzufügung (n-1) symbolisiert. Mit diesem Wirkungsgrad H wird dann im Multiplikator 9 die Umrechnung der Soll-Kraftstoffmengen in Form der Kraftstoffmassengrenzwerte MF-SM und MF-TQ in Soll-Drehmomentenwerte in Form der Drehmomentengrenzwerte TQ-SM und TQ-MAX vorgenommen. Das im Blockschaltbild der Fig. 2 niedergelegte Konzept der Realisierung des Wirkungsgradberechnungsmoduls 8 sieht also vor, den Wirkungsgrad aus dem vorhergehenden BerechnungsZyklus zur aktuellen Umrechnung von Soll-Kraftstoffmasse in Soll-Drehmoment zu verwenden.
Das Wirkungsgradberechnungsmodul 8 kann aber auch auf andere Weise realisiert sein. So ist ein Rückgriff auf eine Wirkungsgradkurve 12 möglich, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Wirkungsgradkurve 12 der Fig. 3, die dort den Wirkungs- grad als Verhältnis von Drehmoment TQ und Kraftstoffmasse MF über der Kraftstoffmasse MF zeigt, gibt den maximalen Wirkungsgrad H wieder, den die Brennkraftmaschine bei der jeweiligen Kraftstoffmasse erreichen kann. Da der Wirkungsgrad H natürlich von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab- hängt - so ist beispielsweise die Betriebstemperatur der
'Brennkraftmaschine eine wesentliche Einflussgröße -, gilt die Wirkungsgradkurve 12 nur für gewisse Standardbetriebsparameter. Außerhalb dieser Betriebsparameter wird der Wirkungsgrad bei einer gegebenen Kraftstoffmasse regelmäßig niederer lie- gen. Auch ist es denkbar, dass für bestimmte Bereiche bei von den Standardbetriebsparametern abweichenden Betriebsbedingungen mitunter ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann.
Wenn nun das Wirkungsgradmodul zu einem Zeitpunkt (1) einen Wert für eine Kraftstoffmasse MF(1) zur Bestimmung des Wirkungsgrades erhält, so prüft es zuerst, ob der beim aktuellen Drehmoment TQ(1) vorliegende Wirkungsgrad H(MF(1)) = TQ(1)/MF(1) auf der Wirkungsgradkurve 12 liegt. Dies erreicht das Wirkungsgradmodul 8 dadurch, dass der Wirkungsgrad H zur Kraftstoffmasse MF(1) aus der Kurve 12 ermittelt und mit dem berechneten Wert verglichen wird. Eine etwaige Differenz wird dann zu einer Verschiebung 13 der Wirkungsgradkurve 12 in eine modifizierte Wirkungsgradkurve 14 benutzt.
Mittels der derart erhaltenen, um die Verschiebung 13 ver- schobene Wirkungsgradkurve 14 kann dann einfach der Wirkungsgrad zum Kraftstoffmassengrenzwert MF-SM (1), wie er von der Rußbegrenzungseinheit 6 zum aktuellen Betriebspunkt ausgegeben wird, ermittelt werden. Fig. 3 zeigt deutlich, dass aufgrund der Verschiebung 13 der dabei erhaltene Wirkungsgrad H (MF-SM (1) ) deutlich von dem abweicht, der mit der ursprünglichen Wirkungsgradkurve 12 erhalten würde. Alternativ zur Modifizierung der Wirkungsgradkurve 12 kann die Verschiebung 13 auch direkt auf den Wirkungsgrad H angewendet werden, den die unmodifizierte Wirkungsgradkurve 12 zum Kraftstoffmassen- grenzwert MF-SM(l) anzeigt.
Der derart ermittelte Wirkungsgrad 8 wird dann im Multiplikator 9 zur Bestimmung des gewünschten Drehmomentengrenzwertes TQ-SM verwendet. Ein analoges Verfahren wird auch für den Kraftstoffmassengrenzwert MF-TQ verwendet, der von der Momen- • tenbegrenzungseinheit 7 ausgegeben wird.
Der in Fig. 3 dargestellte Ansatz, im Wirkungsgradberechnungsmodul 8 die Wirkungsgradkurve 12 zu verwenden, ist be- sonders dann vorteilhaft, wenn die Kraftstoffmasse zum aktuellen Zeitpunkt MF(1), die die momentenbasierte Struktur 1 für die Brennkraftmaschine vorsieht, sich stark vom Kraftstoffmassengrenzwert MF-SM bzw. MF-TQ unterscheidet, so dass die Annahme, beim Kraftstoffmassengrenzwert gelte der gleiche Wirkungsgrad wie beim aktuellen Betriebspunkt, zu unzulässigen Fehlern bei der Bestimmung der Drehmomentengrenzwerte führen würde.
Ist die Differenz zwischen dem aktuellen Wert für die Kraft- stoffmasse MF(1) und dem Kraftstoffmassengrenzwert nur gering, insbesondere unterhalb eines bestimmten Schwellwertes, verzichtet das Wirkungsgradberechnungsmodul 8 auf den Rück- griff auf eine Wirkungsgradkurve 12 und wendet statt dessen eine Extrapolation an. Dabei wird zum aktuellen Zeitpunkt aus der Kraftstoffmasse MF(1) und dem aktuellen Drehmoment TQ(1) ein Wirkungsgrad H(MF(1)) bestimmt. Zum nächstfolgenden Be- rechnungstakt (2) erfolgt dasselbe für die nun vorliegende Kraftstoffmasse MF(2) und das nun vorliegende Drehmoment TQ(2). Die sich dabei ergebende Veränderung von Wirkungsgrad (nun liegt der Wirkungsgrad H(MF(2)) vor) und Kraftstoffmasse wird zu einer Extrapolation ausgenutzt, die in Fig. 4 durch eine Extrapolationsgerade 15 veranschaulicht ist. Es wird also angenommen, dass aufgrund des unter einem vorbestimmten Schwellwert liegenden Abstandes des Wertes für die aktuelle Kraftstoffmasse MF vom aktuellen Kraftstoffmassengrenzwert (z.B. MF-SM) eine lineare Annäherung der in Fig. 4 zur Ver- deutlichung gestrichelt eingezeichneten Wirkungsgradkurve 12 möglich ist. Durch die Extrapolation wird dann der auf der Extrapolationsgerade 15 zum Kraftstoffmassengrenzwert (z.B. MF-SM(2)) liegende Wirkungsgrad H erhalten. Dieser wird dann vom Wirkungsgradberechnungsmodul 8 ausgegeben und im Multi- plikator 9 verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Umrechnen einer Soll-Kraftstoffmenge in einen Soll-Drehmoment bei einer Brennkraftmaschine, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vor der Umrechnung zum aktuellen Betriebspunkt der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine als Verhältnis von Ist-Drehmoment und Ist-Kraftstoffmenge ermittelt und das Soll-Drehmoment aus dem Wirkungsgrad und der Soll-Kraftstoffmenge bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Soll-Drehmomentes eine Extrapolation des Wirkungsgrades verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Wirkungsgrades eine Wirkungsgradkurve verwendet wird, die das maximale Verhältnis von Drehmoment und Kraftstoffmenge als Funktion der Kraftstoffmenge anzeigt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am aktuellen Betriebspunkt das Verhältnis von Ist-Drehmoment und Ist-Kraftstoffmenge berechnet und mit dem von der Wirkungsgradkurve angezeigten Wirkungsgrad verglichen und abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs die Wirkungsgradkurve modifi- ziert wird und dass die Bestimmung des Soll-Drehmomentes mittels der modifizierten Wirkungsgradkurve erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleich die Differenz zwischen berechnetem und ange- zeigtem Wirkungsgrad gebildet wird und bei der Modifizierung die Wirkungsgradkurve um diese Differenz verschoben wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 4 oder nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Soll-Drehmomentes die Extrapolation durchgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen Ist-Kraftstoffmenge und Soll- Kraftstoffmenge unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, und dass ansonsten zur Bestimmung des Soll- Drehmomentes die modifizierte Wirkungsgradkurve erzeugt und verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Kraftstoffmenge eine durch ein vorgegebenes Ruß-Verhalten der Brennkraftmaschine bestimmte, betriebspunktabhängige, maximale Kraftstoffmenge ist.
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