EP1540162A1 - Verfahren zur kennfeldbasierten gewinnung von werten für einen steuerparameter einer anlage - Google Patents

Verfahren zur kennfeldbasierten gewinnung von werten für einen steuerparameter einer anlage

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EP1540162A1
EP1540162A1 EP03757661A EP03757661A EP1540162A1 EP 1540162 A1 EP1540162 A1 EP 1540162A1 EP 03757661 A EP03757661 A EP 03757661A EP 03757661 A EP03757661 A EP 03757661A EP 1540162 A1 EP1540162 A1 EP 1540162A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
control parameter
operating
combustion engine
map
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03757661A
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English (en)
French (fr)
Inventor
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1540162A1 publication Critical patent/EP1540162A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2409—Addressing techniques specially adapted therefor
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3064—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/403—Multiple injections with pilot injections

Definitions

  • the invention relates to a method for map-based extraction of values for at least one control parameter of a system, in particular an internal combustion engine, in which support points for the control parameters are defined in a map depending on operating parameters of the system over an operating parameter range, each of which has a value for the control parameter deliver.
  • diesel internal combustion engines in which fuel is injected from a high-pressure accumulator (common rail injection system). There, the amount of fuel injected for one work cycle can be divided into individual injections almost as desired. In this regard, one speaks of pre, main and post injections.
  • the associated flexibility in the design of an injection process results in many different operating modes for such internal combustion engines, each of which is determined by the
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for map-based extraction of values for at least one control parameter of a system of the type mentioned at the outset, with which the storage space requirement can be kept as low as possible even in many different operating modes.
  • This object is achieved according to the invention by a method for map-based extraction of values for at least one control parameter of a system, in particular an internal combustion engine, in which support points for the control parameters are defined in a map depending on operating parameters of the system over an operating parameter range, each of which has a value for the control parameter, the operating parameter area covered in the characteristic diagram is divided into a first and a second partial area, each of which has several of the support points, and the value for the control parameter is reached when a limit of the first partial area is reached. meter is obtained by extrapolation before the value for the control parameter is obtained by accessing support points of the second partial area.
  • the invention therefore takes away from the previous approach of providing a separate map for each operating mode and instead uses partial areas in maps. Since a change from one section to the next, which corresponds to the switchover between individual maps in the prior art, but regularly entails a non-continuous change in the value of the control parameter, it is not easy to switch from one section to the next, since so that there would be a jump. When operating on the border of the sub-area, this would lead to constant jumps, which is incompatible with a uniform control of the systems.
  • the inventive extrapolation beyond the partial area achieves a hysteresis which, despite the non-continuous transition of the control parameter values to the partial area, nevertheless results in a continuous, uniform and trouble-free operation of the system, even if operating points at the borders of partial areas are present for a long time.
  • Values for the control parameter within the partial areas are obtained in the usual way, i. H. by evaluating the support points and, if necessary, suitable interpolation.
  • the invention therefore carries out a customary interpolation between support points within a partial area, and an extrapolation based on that support point at support points at partial area boundaries, ie, at support points that adjoin other partial areas.
  • the extrapolation cleanly separates the transitions between the sub-areas and at the same time optimally utilizes a memory in which the map is kept.
  • the hysteresis provided for the transition between two partial areas is already achieved by extrapolating from one partial area.
  • a particularly large hysteresis that leads to stable operating behavior of the system is achieved by first extrapolating even after a change of sub-area. It is therefore preferable that when a certain distance from the last support point of the first sub-area is reached, the value is obtained by extrapolation from support points of the second sub-area.
  • the number of sections is freely selectable; the specialist will choose them according to the operating behavior of the system. It is particularly preferred, in particular for internal combustion engines, that a (discrete) operating mode of the system is assigned to each sub-area. A clear assignment between subarea and operating mode then enables a single map to be sufficient for all operating modes of the system.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in the type of internal combustion engine mentioned at the outset, in which fuel is injected directly into combustion chambers and the discrete operating modes differ in the number of injections per work cycle.
  • the aforementioned diesel internal combustion engines with direct injection from high-pressure accumulators are an example of such internal combustion engines.
  • the mass of fuel that is introduced into the combustion chambers with the main injection is an essential parameter for controlling the operation of the internal combustion engine.
  • Another injection parameter is the time of injection.
  • the characteristic diagram contains values of injection parameters depending on the speed and load of the internal combustion engine, wherein the injection parameters can include injection quantity and / or injection angle.
  • the aforementioned 1: 1 assignment between subareas of the characteristic diagram and operating modes of the internal combustion engine has the advantage that an application, ie an adaptation of a control structure to an internal combustion engine model, is particularly simple. It is then possible to control the internal combustion engine in such a way that when the specified operating state mentioned is reached, ie when a limit of a partial area is reached, the operating mode lake is changed at the same time. In order to obtain the values for the at least one control parameter, the partial area of the map that is assigned to the respective operating mode is then always accessed.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a diesel internal combustion engine with high-pressure accumulator injection
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a characteristic diagram for the operation of the internal combustion engine of FIG. 1,
  • FIG. 7 is a flowchart for obtaining control parameter values in the internal combustion engine of FIG. 1,
  • FIG. 8 shows an exemplary run through the map of FIG. 6 in an operating phase with constant speed and
  • FIG. 9 shows the values for a control parameter obtained when running through FIG. 8.
  • an internal combustion engine 1 is shown schematically, which has an injection system 2, which injects the fuel directly into the combustion chambers of the internal combustion engine 1 via lines and injectors (not specified).
  • the injection system 2 has a high-pressure accumulator which feeds injectors leading into the combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • These injectors of the injection system 2 can be controlled independently of the rotational position of a crankshaft of the internal combustion engine 1, so that a freely controllable injection process is possible from the high-pressure accumulators.
  • the internal combustion engine 1 and the injection system 2 are controlled by a control unit 3, which is connected to these units via lines, which are not specified.
  • the control unit 3 has a map 4 and a control core 5, which control the operation of the internal combustion engine.
  • map 4 which will be discussed in more detail later, values for the injection duration are stored as a function of the speed and load of the internal combustion engine, the map having several support points, each of which has a value for the injection quantity for a specific combination of load / Deliver speed.
  • control unit 3 also has further maps and control elements, which are, however, of no further relevance for the following description of map-based extraction of values for a control parameter.
  • the control unit 3 controls the injection system with regard to the duration for which the injectors are active. As already mentioned, different injection profiles can be set for one work cycle.
  • the control unit 3 of the Engine 1 can, for example, implement the injection profiles shown in FIGS. 2 to 5.
  • a fuel mass rate MF over time t is shown in each case in an injection course 6 in FIGS. 2 to 5.
  • FIG. 2 shows a first operating mode M1, in which the injectors only emit one main injection 7.
  • a fuel mass 8 of the main injection 7 results from the integration of the fuel mass rate MF over the time duration t of the main injection 7.
  • mode M2 shows a further mode M2, which differs from mode M1 in that the main injection 7 is preceded by a pre-injection 9.
  • the fuel mass 8 is emitted by the pre-injector 9.
  • Such pre-injectors are usually used to make combustion "soft" and to reduce the running noise of an internal combustion engine.
  • mode M3 A further noise reduction results in a mode M3, which is shown in FIG. 4.
  • the pre-injector 9 is preceded by an additional pre-injector 11, which injects a fuel mass 12 into the combustion chamber. Otherwise mode M3 corresponds to mode M2.
  • FIG. 5 The great flexibility that the injection system fed from a pressure accumulator enables is shown in FIG. 5, in which another mode M4 is shown.
  • this mode in addition to the main injection 7, which brings the fuel mass 8 into the combustion chamber, and the pre-injector 9, which contains the fuel mass 10, a post-injector 13 with a fuel mass 14 is still delivered after the main injection 7.
  • a post-injector 13 with a fuel mass 14 is still delivered after the main injection 7.
  • Such a post-injection results in an increase in torque at low speeds.
  • only one of the modes M1 to M4 can be carried out during operation of the internal combustion engine 1.
  • the control unit 3 therefore effects a suitable mode switchover, which is initiated by the control core 5 using the characteristic diagram 4 and ensures that the internal combustion engine 1 always runs in the most favorable of the operating modes Ml to M4.
  • the control core 5 accesses the map 4, which is shown schematically in FIG. 6, for the selection or determination of the fuel mass 8 of the main injection 7.
  • Fig. 6 shows the basis of the map 4, which is spanned over the speed N and the torque TQI.
  • Support points are located in the hatched areas of the characteristic diagram 4, each providing a value for the fuel mass 8.
  • the support points would be vectors running perpendicular to the plane of the drawing, the length of which indicates the fuel mass 8.
  • the support points (not shown in FIG. 6) are distributed over the hatched areas of the characteristic diagram 4, the distribution usually being equidistant, but this need not be. It is thus possible to provide a higher support point density for certain operating ranges, in particular at low speeds.
  • the map 4 has four sub-areas T1 to T4, which are assigned to the respective operating modes M1 to M4.
  • the schematic representation of FIG. 6 distinguishes the partial areas by the hatching.
  • the partial areas adjoin one another in transition areas 15 to 18, the transition area 15 dividing the partial areas T2 and T3 (corresponding to the modes M2 and M3), the transition area 16 dividing the partial areas T2 and T4 (corresponding to the modes M2 and M4), the transition area 17 the partial areas T3 and T4 (corresponding to the modes M3 and M4) and the transition area 18 separate the partial areas T1 and T2 (corresponding to the modes M1 and M2).
  • Ü- Transition areas 15 to 18, which are symbolized in FIG. 6 by thicker black lines, are no support points.
  • the transition regions 15 to 18 are used to carry out a hysteresis, as shown in FIG. 7 as a flow chart.
  • the internal combustion engine is started in a step SO with a defined partial area and a defined mode, for example partial area T3 and mode M3.
  • the values for the fuel mass 8 are then obtained within this subrange by an interpolation between the support points; this is done in step SI. Interpolation is of course also understood to mean that in the event that the speed N and torque TQI are exactly at one support point, exactly the value supplied by the support point for the fuel mass 8 is used.
  • the internal combustion engine is operated in operating mode M3, i. H. there are two
  • Pre-injectors 9 and 11 and the main injection 7 last so long that the fuel mass delivered by the partial area T3 of the map 4 is emitted by the fuel mass 8.
  • a query is made in a step S2 as to whether the operating point is in a transition range.
  • This query can be carried out by checking whether there is another support point within the partial range for the active mode beyond the current operating point, ie in the direction in which the dynamics of the operation of the internal combustion engine indicate a development of speed N and torque TQI , If this is not the case, there is operation in the transition area. In the event that there is no transition area (N-branching), a jump back is made before step SI. If, on the other hand, there is a transition area (J-branching), proceed to step S3, in which extrapolation is now carried out using the support points of the partial area T3 in order to obtain the value for the fuel mass 8 of the main injection 7.
  • a step S4 queries whether a hysteresis distance H is above a threshold value SW. It is checked whether the distance from the last support point of the active partial area, which applies to the current mode, is above the threshold value SW, i. H. it is checked whether there is (still) operation in the transition area. If this is not the case (N-branching), a jump back is made before step S2.
  • step S5 has the hysteresis distance H exceeded the threshold value SW, i. H. If a certain minimum distance from the nearest support point of the active sub-area has been reached, then (J-branching) proceed to step S5, which causes a change in the operating mode. A switch is made to the mode which has the closest support point in relation to speed N and torque TQI.
  • step SI follows again, i. H. in the current section of the
  • Map 4 again determines the fuel mass 8 by interpolation. If interpolation is not possible, an extrapolation can also be carried out analogously to step S3.
  • the choice of the threshold value SW for the hysteresis distance H ensures that support position of the current partial area are closer than the partial area that has just been left.
  • 8 and 9 show the sequence described with reference to FIG. 7 again in detail.
  • 8 shows a section of the characteristic diagram 4 of FIG. 6 and shows the run through two operating mode changes at a constant speed.
  • the curve of FIG. 9 shows the associated fuel mass 8 as a function of the torque TQI.
  • FIG. 8 shows operating points B1 to B9, to which corresponding data points D1, D2, E3a, E3b, D4, D5, D6, E7a, E7b, D8 and D9 are assigned in FIG.
  • the data points denoted by D are values which were obtained by interpolation from the characteristic diagram 4 or a partial area of the characteristic diagram 4, and the data points denoted by E are values obtained by extrapolations.
  • the internal combustion engine 1 is first operated at an operating point B1.
  • the following operating point change assumes constant speed.
  • the internal combustion engines reach the operating point B2, which, like the operating point B1, is processed in the M3 mode, in which the sub-area T3 is accessed.
  • the data point D2 is obtained from the partial area T3 of the characteristic diagram 4 by interpolation.
  • step S2 Due to a further increase in torque, the internal combustion engine arrives at the operating point B3, which is now in the transition region 15.
  • the query in step S2 now leads (for the first time) to the J branch.
  • the fuel mass 8 is now obtained by extrapolation, so that there is an extrapolated data point E3a in FIG. 9.
  • the further development of the torque TQI shows that the hysteresis The distance H exceeds the threshold value SW, which is why a mode change 19 is carried out and the internal combustion engine subsequently runs in operating mode M2.
  • the additional pre-injector 11 is therefore no longer delivered.
  • the value for the fuel mass 8 is obtained by extrapolation using the values of the sub-area T2 of the characteristic diagram, so that an extrapolated data point E3b now supplies the value for the fuel mass 8 in the operating mode M2.
  • the torque continues to rise and brings the internal combustion engine to the operating point B4, for which a read data point D4, possibly by interpolation, indicates the value for the fuel mass 8 of the main injection 7.
  • transition region 15 i. H. the next value for the fuel mass 8 is obtained by extrapolation to a data point E7a, the support points of the partial area T2, which are assigned to the operating mode M2, being used for the extrapolation.

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Abstract

Es wird beschrieben ein Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für mindestens einen Steuerparameter einer Anlage, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem in einem Kennfeld (4) abhängig von Betriebsparametern der Anlage über einen Betriebsparameterbereich Stützstellen für den Steuerparameter definiert sind, die jeweils einen Wert für den Steuerparameter liefern, der im Kennfeld abgedeckte Betriebsparameterbereich in einen ersten und einen zweiten Teilbereich unterteilt ist, der jeweils mehrere der Stützstellen aufweist, und bei Erreichen einer Grenze des ersten Teilbereiches der Wert für den Steuerparameter durch eine Extrapolation gewonnen wird, bevor der Wert für den Steuerparameter durch Zugriff auf Stützstellen des zweiten Teilbereichs gewonnen wird.

Description

B e s ehr e ibung
Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für einen Steuerparameter einer Anlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für mindestens einen Steuerparameter einer Anlage, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem in einem Kennfeld abhängig von Betriebsparametern der Anlage über einen Betriebsparameterbereich Stützstellen für den Steuerparameter definiert sind, die jeweils einen Wert für den Steuerparameter liefern.
Es ist für Anlagen, insbesondere für Brennkraftmaschinen, seit langem bekannt, Steuerparameter in Kennfeldern abzulegen, so dass abhängig von verschiedensten Eingangsgrößen, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Betriebstemperatur, Öltempera- tur, für einen aktuellen Betriebspunkt ein optimaler Wert für den Steuerparameter erhalten werden kann.
Für Brennkraftmaschinen, die in verschiedenen diskreten Betriebsmodi betrieben werden können, d. h. bei denen unter verschiedenen Betriebsmodi ausgewählt werden kann, ist es üblich, für jeden Betriebsmodus ein eigenes auf diesen Modus optimiertes Kennfeld vorzuhalten. Beim Wechsel eines Betriebsmodus wird dann auf das dem Betriebsmodus zugehörige Kennfeld umgeschaltet, so dass im weiteren Verlauf des Betriebes der Brennkraftmaschine auf dieses Kennfeld zugegriffen wird, jedenfalls solange der zugeordnete Betriebsmodus andauert. Ein Beispiel für einen solchen Betriebsmoduswechsel findet sich bei Otto-Brennkraftmaschinen, die in stöchio- metrischen oder verschiedenen mageren Betriebsarten gefahren werden können. Für solche Brennkraftmaschinen sind üblicherweise drei Betriebsmodi bekannt, nämlich stöchio etrisch, ho- mogen-mager sowie geschichtet-mager. Eine weitere Brennkraftmaschinenart, bei der mehrere* Betriebsmodi möglich sind, sind Diesel-Brennkraftmaschinen, bei denen Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher eingespritzt wird (Common-rail-Einspritzsystem) . Dort kann die für einen Arbeitstakt eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu beliebig in Einzeleinspritzungen aufgeteilt werden. Mann spricht diesbezüglich von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen. Durch die damit verbundene Flexibilität bei der Gestaltung eines Ein- spritzvorganges ergeben sich für solche Brennkraftmaschinen sehr viel verschiedene Betriebsmodi, die jeweils durch die
Aufteilung der Kraftstoffmenge pro Arbeitstakt in die erwähnten Einspritzungen gekennzeichnet ist. Da zu jedem Betriebsmodus ein eigenes Kennfeld vorgehalten werden muss, steigt der Speicherplatzbedarf für Betriebssteuergeräte solcher Brennkraftmaschinen stark an. Darüber hinaus wird die Applikation, d. h. die Anpassung einer Brennkraftmaschinensteue- rungsstruktur an ein aktuelles Brennkraftmaschinenmodell, mit der Vielzahl an Kennfeldern relativ unübersichtlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für mindestens einen Steuerparameter einer Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem der Speicherplatzbedarf auch bei vielen verschiedenen Betriebsmodi möglich gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für mindestens einen Steuerparameter einer Anlage, insbesondere einer Brenn- kraftmaschine, bei dem in einem Kennfeld abhängig von Betriebsparametern der Anlage über einen Betriebsparameterbereich Stützstellen für den Steuerparameter definiert sind, die jeweils einen Wert für den Steuerparameter liefern, der im Kennfeld abgedeckte Betriebsparameterbereich in einen ers- ten und einen zweiten Teilbereich unterteilt ist, der jeweils mehrere der Stützstellen aufweist, und bei Erreichen einer Grenze des ersten Teilbereiches der Wert für den Steuerpara- meter durch eine Extrapolation gewonnen wird, bevor der Wert für den Steuerparameter durch Zugriff auf Stützstellen des zweiten Teilbereichs gewonnen wird.
Die Erfindung nimmt also vom bisherigen Ansatz, für jeden Betriebsmodus ein eigenes Kennfeld vorzusehen, Abkehr und verwendet stattdessen Teilbereiche in Kennfeldern. Da ein Wechsel von einem Teilbereich zu Nächsten, der dem Umschalten zwischen einzelnen Kennfeldern im Stand der Technik ent- spricht, aber regelmäßig einen nichtstetigen Wechsel des Wertes des Steuerparameters mit sich bringt, kann nicht einfach von einem Teilbereich auf den nächsten umgeschaltet werden, da sich damit ein Sprung ergäbe. Beim Betrieb an der Grenze des Teilbereiches würde dies zu ständigen Sprüngen führen, was mit einer gleichmäßigen Steuerung der Anlagen unverein- bart ist.
Durch die erfindungsgemäße Extrapolation über den Teilbereich hinaus wird eine Hysterese erreicht, die trotz nichtstetigem Übergang der Steuerparameter Werte an den Teilbereich grenzen dennoch einen kontinuierlichen, gleichmäßigen und störungsfreiem Betrieb der Anlage ergibt, auch wenn Betriebspunkte an Grenzen von Teilbereichen über längere Zeit vorliegen. Die Gewinnung von Werten für den Steuerparameter innerhalb der Teilbereiche erfolgt auf übliche Art und Weise, d. h. durch Auswertung der Stützstellen und gegebenenfalls geeignete Interpolation.
Die Erfindung führt also zwischen Stützstellen innerhalb ei- nes Teilbereiches eine übliche Interpolation, bei Stützstellen an Teilbereichsgrenzen, d. h. bei Stützstellen die an andere Teilbereiche angrenzen, eine Extrapolation auf Basis derjenigen Stützstelle aus. Durch die Extrapolation werden die Übergänge zwischen den Teilbereichen sauber getrennt und zugleich wird ein Speicher, in dem das Kennfeld vorgehalten wird, optimal ausgenutzt. Die für den Übergang zwischen zwei Teilbereichen vorgesehene Hysterese wird prinzipiell bereits damit erreicht, dass ausgehend von einem Teilbereich eine Extrapolation erfolgt. Eine besonders große und damit zu stabilem Betriebsverhalten der Anlage führende Hysterese wird jedoch dadurch erreicht, dass auch nach einen Teilbereichswechsel zuerst eine Extrapolation erfolgt. Es ist deshalb zu bevorzugen, dass bei Erreichen eines bestimmten Abstandes von der letzten Stützstelle des ersten Teilbereiches der Wert durch eine Extrapolation aus Stützstellen des zweiten Teilbereiches gewonnen wird.
Die Anzahl an Teilbereichen ist prinzipiell freiwählbar; der Fachmann wird sie dem Betriebsverhalten der Anlage entsprechend wählen. Besonders bevorzugt ist es, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dass jedem Teilbereich ein (diskreter) Betriebsmodus der Anlage zugeordnet ist. Eine eineindeutige Zuordnung zwischen Teilbereich und Betriebsmodus ermöglicht es dann, dass für alle Betriebsmodi der Anlage ein einziges Kennfeld ausreicht.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren beim eingangs erwähnten Brennkraftmaschinentyp, bei dem Kraftstoff direkt in Brennräume eingespritzt wird und sich die diskreten Betriebsmodi durch eine Anzahl an Einspritzungen pro Arbeits- takt unterscheiden. Die erwähnten Diesel-Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung aus Hochdruckspeichern sind ein Beispiel für solche Brennkraftmaschinen.
Bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung ist die Kraft- Stoffmasse, die mit der Haupteinspritzung in die Brennräume eingebracht wird, ein wesentlicher Parameter für die Steuerung des Betriebes der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Einspritzparameter ist der Einspritzzeitpunkt. Es ist deshalb besonders bevorzugt, dass das Kennfeld Werte von Einspritzpa- rametern abhängig von Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine enthält, wobei die Einspritzparameter Einspritzmenge und/oder Einspritzwinkel umfassen können. Die erwähnte 1 : 1-Zuordnung zwischen Teilbereichen des Kennfeldes und Betriebsmodi der Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass eine Applikation, d. h. eine Anpassung einer Steu- erungsstruktur an ein Brennkraftmaschinenmodell, besonders einfach ist. Es ist dann möglich, die Brennkraftmaschine so zu steuern, dass das bei Erreichen des erwähnten bestimmten Betriebszustandes, d. h. wenn eine Grenze eines Teilbereiches erreicht wird, gleichzeitig ein Wechsel des Betriebsmodussees durchgeführt wird. Zur Gewinnung der Werte für den mindestens einen Steuerparameter wird dann immer auf den Teilbereich des Kennfeldes zugegriffen, der dem jeweiligen Betriebsmodus zugeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Die- sel-Brennkraftmaschine mit Hochdruckspeichereinspritzung,
Fig. 2-5 Zeitreihen des Verlaufes einer Einspritzung für einen Arbeitstakt eines Zylinders bei der Brennkraftmaschine der Figur 1,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kennfeldes für den Betrieb der Brennkraftmaschine der Fig. 1,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Gewinnung von Steuerparameterwerten bei der Brennkraftmaschinen der Fig. 1,
Fig. 8 einem beispielhaften Durchlauf durch das Kennfeld der Fig. 6 in einer Betriebsphase mit konstanter Drehzahl und Fig. 9 die beim Durchlauf der Fig. 8 erhaltenen Werte für einen Steuerparameter.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die über eine Einspritzanlage 2 verfügt, welche über (nicht näher bezeichnete) Leitungen und Injektoren den Kraftstoff direkt in den Brennräume der Brennkraftmaschine 1 einspritzt. Die Einspritzanlage 2 weist einen Hochdruckspeicher auf, der in die Brennkammern der Brennkraftmaschine 1 führende Injektoren speist. Diese Injektoren der Einspritzanlage 2 können unabhängig von der Drehlage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 angesteuert werden, so dass aus den Hochdruckspeichern heraus ein frei steuerbarer Einspritzver- lauf möglich ist.
Die Brennkraftmaschine 1 sowie die Einspritzanlage 2 werden von einem Steuergerät 3 gesteuert, das über nicht näher bezeichnete Leitungen mit diesen Einheiten verbunden ist. Das Steuergerät 3 weist ein Kennfeld 4 sowie einen Steuerkern 5 auf, die den Betrieb der Brennkraftmaschine steuern. Im Kennfeld 4, auf das später noch genauer eingegangen wird, sind Werte für die Einspritzdauer als Funktion der Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine abgelegt, wobei das Kennfeld meh- rere Stützstellen aufweist, die jeweils einen Wert für die Einspritzmenge für eine bestimmte Kombination aus Last/Drehzahl liefern.
Natürlich hat das Steuergerät 3 noch weitere Kennfelder und Steuerelemente, die jedoch für die nachfolgende Beschreibung zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für einer Steuerparameter nicht weiter von Relevanz sind.
Das Steuergerät 3 steuert die Einspritzanlage hinsichtlich der Dauer, für die die Injektoren aktiv sind. Dabei können, wie bereits erwähnt, verschiedene Einspritzverläufe für einen Arbeitstakt eingestellt werden. Das Steuergerät 3 der Brenn- kraftmaschine 1 kann beispielsweise die in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Einspritzverläufe realisieren. In den Fig. 2 bis 5 ist jeweils in einem Einspritzverlauf 6 eine Kraft- stoffmassenrate MF über der Zeit t dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen ersten Betriebsmodus Ml, in dem die Injektoren lediglich eine Haupteinspritzung 7 abgeben. Eine Kraftstoffmasse 8 der Haupteinspritzung 7 ergibt sich dabei über die Integration der Kraftstoffmassenrate MF über die Zeitdau- er t der Haupteinspritzung 7.
Fig. 3 zeigt einen weiteren Modus M2 , der sich vom Modus Ml dadurch unterscheidet, dass der Haupteinspritzung 7 ein Vor- einspritzer 9 vorangeht. In der Haupteinspritzung 7 wird da- bei die Kraftstoffmasse 8, durch den Voreinspritzer 9 eine Kraftstoffmasse 10 abgegeben. Solche Voreinspritzer werden üblicherweise verwendet, um eine Verbrennung "weich" ablaufen zu lassen und das Laufgeräusch einer Brennkraftmaschine zu mindern.
Eine weitere Geräuschminderung ergibt sich bei einem Modus M3 , der in Fig. 4 dargestellt ist. Hier ist dem Voreinspritzer 9 ein zusätzlicher Voreinspritzer 11 vorgeschaltet, der eine Kraftstoffmasse 12 in den Brennraum injiziert. Ansonsten entspricht der Modus M3 dem Modus M2.
Die große Flexibilität, welche die aus einem Druckspeicher gespeiste Injektionsanlage ermöglicht, zeigt Fig. 5 in der ein weiterer Modus M4 dargestellt ist. In diesen Modus wird neben der Haupteinspritzung 7, die die Kraftstoffmasse 8 in den Brennraum einbringt, und dem Voreinspritzer 9, der die Kraftstoffmasse 10 beinhaltet, noch nach der Haupteinspritzung 7 ein Nacheinspritzer 13 mit einer Kraftstoffmasse 14 abgegeben. Durch einen solchen Nacheinspritzer ergibt sich bei niederen Drehzahlen eine Drehmomenterhöhung. Wie deutlich zu sehen ist, kann im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 immer nur einer der Modi Ml bis M4 ausgeführt werden. Das Steuergerät 3 bewirkt deshalb eine geeignete Modus- umschaltung, die von Steuerkern 5 unter Rückgriff auf das Kennfeld 4 eingeleitet wird und dafür sorgt, dass die Brennkraftmaschine 1 immer im günstigsten der Betriebsmodi Ml bis M4 läuft. Der Steuerkern 5 greift dabei zur Auswahl bzw. zur Bestimmung der Kraf stoffmasse 8 der Haupteinspritzung 7 auf das Kennfeld 4 zu, das in Figur 6 schematisch dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt die Basis des Kennfeldes 4, das über der Drehzahl N und dem Drehmoment TQI aufgespannt ist. In den schraffierten Bereichen des Kennfeldes 4 liegen Stützstellen, die jeweils einen Wert für die Kraftstoffmasse 8 liefern. In einer dreidimensionalen Interpretation des Kernfeldes 4 wären die Stützstellen senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Vektoren , deren Länge die Kraftstoffmasse 8 angibt. Die (in Fig. 6 nicht eingezeichneten) Stützstellen sind dabei über die schraffierten Bereiche des Kennfeldes 4 verteilt, wobei die Verteilung üblicherweise äquidistant ist, dies aber nicht sein muss . So ist es möglich, für bestimmt Betriebsbereiche, insbesondere bei niederen Drehzahlen, eine höheren Stützstellendichte vorzusehen.
Das Kennfeld 4 weist vier Teilbereiche Tl bis T4 auf, die den jeweiligen Betriebsmodi Ml bis M4 zugeordnet sind. Die schematische Darstellung der Fig. 6 unterscheidet die Teilbereiche durch die Schraffüren. Die Teilbereiche grenzen in Über- gangsbereichen 15 bis 18 aneinander, wobei der Übergangsbereich 15 die Teilbereiche T2 und T3 (entsprechend den Modi M2 und M3), der Übergangsbereich 16 die Teilbereiche T2 und T4 (entsprechend den Modi M2 und M4) , der Übergangsbereich 17 die Teilbereich T3 und T4 (entsprechend den Modi M3 und M4) und der Übergangsbereich 18 die Teilbereiche Tl und T2 (entsprechend den Modi Ml und M2) voneinander trennt. In den Ü- bergangsbereichen 15 bis 18, die in Fig. 6 durch dickere schwarze Linien symbolisiert sind, liegen keine Stützstellen.
Um beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nahe oder in Umge- bung eines der Übergangsbereiche 15 bis 18 einen gleichmäßigen Brennkraftmaschinenlauf zu erreichen, werden die Übergangsbereiche 15 bis 18 zum Ausführen einer Hysterese verwendet, wie dies in Fig. 7 als Ablaufdiagramm dargestellt ist.
Zuerst wird in einem Schritt SO der Start der Brennkraftmaschine mit definiertem Teilbereich und definiertem Modus beispielsweise Teilbereich T3 und Modus M3 vorgenommen. Die Werte für die Kraftstoffmasse 8 werden dann innerhalb dieses Teilbereichs durch eine Interpolation zwischen den Stützstel- len gewonnen; dies erfolgt in Schritt SI . Unter Interpolation ist dabei natürlich auch verstanden, dass für den Fall, dass Drehzahl N und Drehmoment TQI genau an einer Stützstelle liegen, exakt der von der Stützstelle gelieferte Wert für die Kraftstoffmasse 8 verwendet wird. Die Brennkraftmaschine wird dabei im Betriebsmodus M3 betrieben, d. h. es erfolgen zwei
Voreinspritzer 9 und 11 und die Haupteinspritzung 7 dauert so lang, dass die vom Teilbereich T3 des Kennfeldes 4 gelieferte Kraftstoffmasse durch die Kraftstoffmasse 8 abgegeben wird.
Nach jeder Gewinnung eines Wertes für die Kraftstoffmasse 8 wird in einem Schritt S2 abgefragt, ob der Betriebspunkt in einem Übergangsbereich liegt. Diese Abfrage kann dadurch erfolgen, dass geprüft wird, ob jenseits des aktuellen Betriebspunktes, d. h. in der Richtung, in der die Dynamik des Betriebes der Brennkraftmaschine eine Entwicklung von Drehzahl N und Drehmoment TQI anzeigt, noch eine weitere Stützstelle innerhalb des Teilbereichs für den Aktivmodus liegt. Ist dies nicht der Fall, ist ein Betrieb im Übergangsbereich gegeben. Für den Fall, dass kein Übergangsbereich vorliegt (N-Verzweigung) wird vor Schritt SI zurückgesprungen. Liegt dagegen ein Übergangsbereich vor (J-Verzweigung) wird mit Schritt S3 fortgefahren, in dem nun unter Rückgriff auf die Stützstellen des Teilbereiches T3 eine Extrapolation erfolgt, um den Wert für die Kraftstoffmasse 8 der Hauptein- spritzung 7 zu gewinnen.
Nach jeder Extrapolation fragt ein Schritt S4 ab, ob ein Hystereseabstand H über einen Schwellenwert SW liegt. Dabei wird geprüft, ob der Abstand von der letzten Stützstelle des aktiven Teilbereiches, der für den aktuellen Modus gilt, über dem Schwellenwert SW liegt, d. h. es wird geprüft, ob (immer noch) ein Betrieb im Übergangsbereich vorliegt. Ist dies nicht der Fall (N-Verzweigung) wird vor Schritt S2 zurückgesprungen.
Hat der Hystereseabstand H jedoch den Schwellenwert SW überschritten, d. h. ist ein gewisser Mindestabstand von der nächstliegenden Stützstelle des aktiven Teilbereichs erreicht, so wird (J-Verzweigung) mit Schritt S5 fortgefahren, der einen Wechsel der Betriebsmodusses bewirkt. Es wird dabei in den Modus gewechselt, der die bezogen auf Drehzahl N und Drehmoment TQI nächstliegende Stützstelle aufweist. Durch die Schwellenwertüberschreitung des Hystereseabstandes H ist dabei sichergestellt, dass diese Abfrage und damit diese Be- Stimmung des nun einzunehmenden Betriebsmodusses ein eindeutiges Ergebnis liefert.
Nachdem im Schritt S5 der Betriebsmodus und damit auch der zuständige Teilbereich gewechselt wurde, schließt sich wieder Schritt SI an, d. h. in dem nun aktuellen Teilbereich des
Kennfeldes 4 erfolgt wieder durch Interpolation die Bestimmung der Kraftstoffmasse 8. Falls eine Interpolation nicht möglich ist, kann analog zum Schritt S3 gegebenenfalls auch eine Extrapolation durchgeführt werden.
Durch die Wahl des Schwellenwertes SW für den Hystere- seabstand H ist sichergestellt, dass auf jeden Fall Stütz- stellen des nun aktuellen Teilbereichs näher liegen als des Teilbereichs, der gerade verlassen wurde.
Die Fig. 8 und 9 zeigen den Anhand der Fig. 7 beschriebenen Ablauf noch einmal im Detail. Dabei stellt Fig. 8 einen Ausschnitt aus dem Kennfeld 4 der Fig. 6 dar und zeigt den Durchlauf durch zwei Betriebsmoduswechsel bei einer konstanten Drehzahl. Die Kurve der Fig. 9 gibt die zugehörige Kraft- stoffmasse 8 als Funktion des Drehmomentes TQI an.
In Fig. 8 sind Betriebspunkte Bl bis B9 eingezeichnet, denen in Fig. 9 entsprechende Datenpunkte Dl, D2, E3a, E3b, D4, D5, D6, E7a, E7b, D8 und D9 zugeordnet sind. Bei den mit D bezeichneten Datenpunkten handelt es sich um Werte, die durch Interpolation aus dem Kennfeld 4 bzw. einem Teilbereich des Kennfeldes 4 gewonnen wurden, bei den mit E bezeichneten Datenpunkten um durch Extrapolationen erhaltene Werte.
Die Brennkraftmaschine 1 wird im Ablauf, der in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, zuerst in einem Betriebspunkt Bl betrieben. Der Einfachheit halber wird bei der nachfolgenden Betriebspunktänderung von konstanter Drehzahl ausgegangen. Durch Erhöhung des Drehmomentes TQI bzw. der Anforderung für dieses Drehmoment gelangt die Brennkraftmaschinen in den Be- triebspunkt B2 , der ebenso wie der Betriebspunkt Bl im Modus M3 abgewickelt wird, in welchen auf den Teilbereich T3 zugegriffen wird. Für den Betriebspunkt B2 wird aus dem Teilbereich T3 des Kennfeldes 4 der Datenpunkt D2 durch Interpolation erhalten.
Aufgrund einer weiteren Drehmomenterhöhung gelangt die Brennkraftmaschine in den Betriebspunkt B3 , der nun im Übergangsbereich 15 liegt. Die Abfrage in Schritt S2 führt also nun (erstmalig) zur J-Verzweigung. Die Kraftstoffmasse 8 wird ab jetzt durch eine Extrapolation erhalten, so dass ein extrapolierter Datenpunkt E3a in Fig. 9 vorliegt. Die weitere Entwicklung des Drehmomentes TQI ergibt, dass der Hystere- seabstand H den Schwellenwert SW überschreitet, weshalb ein Moduswechsel 19 durchgeführt wird, und die Brennkraftmaschine nachfolgend im Betriebsmodus M2 läuft. Der zusätzliche Voreinspritzer 11 wird also nicht mehr abgegeben.
Im Betriebsmodus M2 erfolgt die Gewinnung des Wertes für die Kraftstoffmasse 8 durch Extrapolation unter Rückgriff auf die Werte des Teilbereiches T2 des Kennfeldes, so dass nun eine extrapolierter Datenpunkt E3b den Wert für die Kraftstoffmas- se 8 im Betriebsmodus M2 liefert. Das Drehmoment steigt weiter und bringt die Brennkraftmaschine zum Betriebspunkt B4, für den eine ausgelesener Datenpunkt D4, gegebenenfalls durch Interpolation, den Wert für die Kraftstoffmasse 8 der Haupteinspritzung 7 angibt.
In anschließenden Drehmomenterhöhungen werden Betriebspunkte B5 und B6 im Betriebsmodus M2 erreicht, denen (ausgelesene) Datenpunkte D5 und D6 zugeordnet sind. Das Drehmoment TQI steigt weiter an, wodurch ein Betriebspunkt B7 anliegt der in einem Übergangsbereich, in diesem Fall im Übergangsbereich
16, liegt. Hier gilt das für den Übergangsbereich 15 gesagte analog, d. h. der nächste Wert für die Kraftstoffmasse 8 wird durch Extrapolation an einen Datenpunkt E7a erhalten, wobei zur Extrapolation die Stützstellen des Teilbereiches T2, der den Betriebsmodus M2 zugeordnet ist, verwendet werden.
In dem Moment, in dem der Hystereseabstand den Schwellenwert überschreitet (J-Verzweigung des Schrittes S4) , erfolgt ein Moduswechsel 20, und beim Betrieb der Brennkraftmaschine in Modus M4 werden nun zusätzlich Nacheinspritzer 13 abgegeben. Die für diesen Betriebsmodus gültige Kraftstoffmasse 8 der Haupteinspritzung 7 wird durch Extrapolation aus dem Teilbereich T4 gewonnen, so dass ein extrapolierter Datenpunkt E7b vorliegt. Weitere Drehmomenterhöhungen bringen die Brenn- kraftmaschine zu Betriebspunkten B8 und B9 , an denen der Wert für die Kraftstoffmasse 8 durch Datenpunkte D8 und D9 erhalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kennfeldbasierten Gewinnung von Werten für mindestens einen Steuerparameter einer Anlage, insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem
- in einem Kennfeld abhängig von Betriebsparametern der Anlage über einen Betriebsparameterbereich Stützstellen für den Steuerparameter definiert sind, die jeweils einen Wert für den Steuerparameter liefern, - der im Kennfeld abgedeckte Betriebsparameterbereich in einen ersten und einen zweiten Teilbereich unterteilt ist, der jeweils mehrere der Stützstellen aufweist, und
- bei Erreichen einer Grenze des ersten Teilbereiches der Wert für den Steuerparameter durch eine Extrapolation gewon- nen wird, bevor der Wert für den Steuerparameter durch
Zugriff auf Stützstellen des zweiten Teilbereichs gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei Erreichen eines bestimmten Abstandes von der letzten Stützstelle des ersten Teilbereiches der Wert durch eine Extrapolation aus Stützstellen des zweiten Teilbereichs gewonnen wird.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem jedem Teilbereich ein diskreter Betriebsmodus der Anlage zugeordnet ist .
4. Verfahren nach Anspruch 3 für eine Brennkraftmaschine, der Kraftstoff in Brennräume eingespritzt wird, bei dem die diskreten Betriebsmodi sich durch eine Anzahl an Einspritzungen pro Arbeitstakt unterscheiden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , bei dem das Kennfeld Werte von Einspritzparametern abhängig von Drehzahl und Last der Brenn- kraftmaschine enthält .
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Einspritzparameter Einspritzmenge und/oder Einspritzwinkel umfassen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem bei Erreichen des bestimmten Betriebszustandes ein Wechsel des Betriebsmodusses durchgeführt wird.
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