EP1712768A2

EP1712768A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1712768A2
Application number: EP06111775A
Authority: EP
Inventors: Hans-Peter Scheurer; Timo Steinbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-10-18
Also published as: EP1712768A3; DE102005016809A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK) wird eine Ansteuergröße (AD), die die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, vorgegeben. Ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) wird ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgegeben.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Üblicher Weise wird hierzu ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße, wie beispielsweise der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, ein Ansteuersignal vorgegeben, das die in den wenigstens einen Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffmenge bestimmt. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 197 12 143 bekannt.
Als Ansteuersignal wird üblicherweise eine Ansteuerdauer oder ein Ansteuerwinkel vorgegeben. Alternativ zu diesen Größen können beliebige andere Größe vorgegeben werden, die die einzuspritzenden Kraftstoffmenge festlegen. Als Ansteuersignal kann jedes Signal, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert, verwendet werden.
Üblicher Weise ist die Ansteuerdauer des Stellelements lediglich in Abhängigkeit der gewünschten Kraftstoffmenge und des Kraftstoffdrucks in einem Ansteuerdauerkennfeld abgelegt. Die Ermittlung des Ansteuerdauerkennfeldes für Injektoren eines Common-Rail-Systems wird üblicher Weise am Motorprüfstand bei einer Einspritzung pro Arbeitstakt durchgeführt. Dabei variiert der Einspritzbeginn lastabhängig geringfügig im Bereich des oberen Totpunkts des jeweiligen Zylinders. Bei Einspritzungen, welche weit vor dem oberen Totpunkt bzw. nach dem oberen Totpunkt bzw. nach der Verbrennung durchgeführt werden, treten Mengenfehler auf. Insbesondere treten diese Fehler bei der Voreinspritzung und/oder bei der Nacheinspritzung auf.
Dies bedeutet, abhängig davon zu welchem Zeitpunkt bzw. welcher Winkelstellung der Kurbelwelle diese Voreinspritzung und/oder Nacheinspritzung erfolgt, treten erhebliche Mengenfehler auf. Verschiedene Funktionalitäten greifen auf die Voreinspritzung bzw. Nacheinspritzung ein. Bei diesen ist der Mengenfehler problematisch, da diese lediglich steuernd und nicht regelnd eingreifen. Solche Funktionen sind beispielsweise eine Druckwellenkompensation oder eine Nullmengenkalibrierung.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Mengenfehler darauf beruhen, das die Einspritzmenge vom bei der Einspritzung herrschenden Brennraumdruck abhängt. Dabei weicht der Brennraumdruck zu diesen Zeitpunkten, bei denen die Voreinspritzung und/oder die Nacheinspritzung erfolgen, deutlich von dem Brennraumdruck bei der Haupteinspritzung ab. Da das Ansteuerdauerkennfeld für die Verhältnisse bei der Haupteinspritzung ermittelt wurde, treten bedingt durch die Brennraumdruckabhängigkeit Mengenfehler auf.
Dadurch, dass ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße ein Korrekturwert zur Korrekturwert des Ansteuersignals ermittelt wird, ergibt sich eine deutlich verbesserte Kraftstoffzumessung. Dadurch werden die Effekte ausgeglichen, die darauf beruhen, dass der Injektor bzw. die Pumpedüseeinheit bei einem höheren Brennraumdruck länger öffnet. Dieses längere Öffnen führt bei höheren Drücken zu einer größeren Einspritzmenge. Dies beruht darauf, dass der Druck das Öffnen des Injektors erleichtert. Erfindungsgemäß kann jede Ansteuergröße, die die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, entsprechend korrigiert werden. Das heißt alle Größen im Steuergerät, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren, können korrigiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ansteuersignal, mit dem das Stellelement, das die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, entsprechend korrigiert wird.
Ein besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich, wenn der Korrekturwert ausgehend von dem Ansteuersignal und der Zylinderdruckgröße ermittelt wird. Diese beiden Größen haben den größten Einfluss auf den Korrekturwert. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Korrekturwerts über ein Kennfeld oder mittels einer Berechnung.
Bei der den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße handelt es sich um ein Signal, das dem Zylinderdruck entspricht. Ein solches Signal wird in einer einfachen Ausführungsform von einem im Brennraum angeordneten Sensor erfasst. Gegebenenfalls wird das Sensorsignal noch verarbeitet, insbesondere gefiltert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass keine Rechneressourcen benötigt werden ferner besitzt ein entsprechendes Signal eine hohe Genauigkeit. Diese Lösung bietet sich an, wenn ein entsprechender Sensor für andere Aufgaben bereits zur Verfügung steht.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zylinderdruckgröße ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dies bietet den Vorteil, das ein entsprechend teurer Sensor eingespart wird.

Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Ein Stellelement ist mit 100 bezeichnet. Dieses wird mit einem Ansteuersignal A beaufschlagt. Das Ansteuersignal wird im Verknüpfungspunkt 105 durch Verknüpfung des Ausgangssignals AD eines Ansteuerdauerkennfeldes 110 und einem Korrekturwert K gebildet. Dem Ansteuerdauerkennfeld 110 wird das Ausgangssignal PR erster Sensoren 115 und das Ausgangssignal QK einer Mengenvorgabe 120 zugeführt. Der Mengenvorgabe wird das Ausgangssignal FP zweiter Sensoren 122 und das Signal N dritter Sensoren 124 zugeführt.
Der Korrekturwert K wird von einer Korrektur 140 bereitgestellt, die mit dem Ausgangssignal AD des Ansteuerdauerkennfeldes 110 und dem Ausgangssignal PZ einer Zylinderdruckvorgabe beaufschlagt. Die Zylinderdruckvorgabe ist der dargestellten Ausführungsform als Modell 150 ausgebildet, dem unter anderem das Ausgangssignal QK der Mengenvorgabe 120, das Signal N der dritten Sensoren 124 und das Signal P oder T vierter Sensoren 155 zugeleitet wird.
Das Stellelement 100 ist vorzugsweise als Injektor eines Common-Rail-Systems ausgebildet. Bei solchen Common-Rail-Injektoren bestimmt die Ansteuerdauer eines Magnetventils oder eines Piezoaktors die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Des weiteren kann das Stellelement 100 als Pumpedüseeinheit ausgebildet sein, bei dem die Ansteuerdauer bzw. der Ansteuerwinkel für den ein Magnetventil oder ein Piezoaktor der Pumpedüseeinheit angesteuert wird, die einzuspritzende Kraftstoffmenge.
Das Ansteuersignal A mit dem das Stellelement 100 beaufschlagt wird, wird von dem Ansteuerdauerkennfeld 110 bereitgestellt. Bei einem Common-Rail-Injektor bestimmt das Ansteuersignal A die Ansteuerdauer für den der Piezoaktor bzw. der Magnetventilaktor angesteuert wird. Bei einer Pumpedüseeinheit bestimmt das Ansteuersignal den Ansteuerwinkel, d. h. den Winkel, den die Nocken- bzw. die Kurbelwelle während der Zumessung überstreicht, bei der die Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
Das Ansteuerdauerkennfeld 110 gibt das unkorrigierte Ansteuersignal AD zumindestens abhängig von der gewünschten Kraftstoffmenge QK vor. Bei einem Common-Rail-System ist ferner der erste Sensor 115 vorgesehen, der das Signal PR liefert, dass dem Raildruck entspricht. Mit diesem Signal PR wird ebenfalls das Ansteuerdauerkennfeld 110 bei einem Common-Rail-System beaufschlagt. Neben diesen Signalen können auch weitere Signale vorgesehen sein, abhängig von denen das unkorrigierte Ansteuersignal AD in dem Ansteuerdauerkennfeld 110 abgelegt ist.
Die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK wird von einer Mengenwunschvorgabe 120 vorgegeben. Der Mengenwunschvorgabe berechnet die Kraftstoffmenge QK wenigstens in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung FP und/oder der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Anstelle des Fahrpedalsignals FP können auch andere Signale, die den Fahrerwunsch charakterisieren, verwendet werden. Dies bedeutet, die Mengenwunschvorgabe 120 gibt die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK abhängig vom Fahrerwunsch und dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine vor. Neben diesen beiden Größen können auch weitere Größen berücksichtigt werden.
Die Korrektur 140 berechnet ausgehend von dem unkorrigierten Ansteuersignal AD und der Zylinderdruckgröße PZ den Korrekturwert K, der den Einfluss des Zylinderdrucks auf die Einspritzmenge charakterisiert. Als Zylinderdruckgröße können beliebige Signale verwendet werden, die den Zylinderdruck charakterisieren, d.h. den Druck im Brennraum des Zylinders, in den die Einspritzung erfolgt.
Alternativ zum unkorrigierten Ansteuersignal AD kann die Korrektur 140 auch andere Ansteuergrößen als Eingangsgrößen verwenden und/oder diese korrigieren, die die Ansteuerdauer charakterisieren und/oder ausgehend von denen die Ansteuerdauer berechnet wird. Solche Ansteuergrößen sind insbesondere die einzuspritzende Kraftstoffmenge und/oder der Fahrerwunsch FP. Diese Größen werden im Folgenden auch als die Einspritzmenge charakterisierende Kraftstoffmengengröße bezeichnet.
Bei einer ersten Ausgestaltung, ist vorgesehen, dass die Zylinderdruckgröße unmittelbar mit einem Sensor, der im Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist, erfasst wird.
Bei einer zweiten Ausgestaltung, die in Figur 1 dargestellt ist, wird die Zylinderdruckgröße mittels eines Modells 150 ausgehend von verschiedenen Eingangsgrößen berechnet. Als Eingangsgrößen werden insbesondere die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK, die Drehzahl N, verschiedene Temperaturgrößen und/oder Druckgrößen verwendet. Dies bedeutet, dass Modell 150 ermittelt die Zylinderdruckgröße ausgehend von Betriebskenngrößen wie insbesondere der Kraftstoffmenge, der Drehzahl und/oder verschiedenen Druck- und Temperaturwerten. Dabei ermittelt das Modell 150 den Druck zum Zeitpunkt bzw. der Winkelstellung der Kurbel- oder Nockenwelle bei dem die zu korrigierende Einspritzung erfolgt. Als Kraftstoffmenge QK wird dabei vorzugsweise die Kraftstoffmenge der vorangehenden Einspritzung verwendet. Dies bedeutet die Kraftstoffmenge wird in dem Modell abgespeichert und bei der nachfolgenden Einspritzung zur Korrektur verwendet. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Ansteuersignal einer Nacheinspritzung zu korrigieren ist.
Als wesentliche Größen werden dabei der Ladedruck, d. h. der Druck P am Ausgang des Abgasturboladers, die Lufttemperatur TL, die Motortemperatur TM, die Drehzahl N der Brennkraftmaschine und die vorausgegangene Einspritzmenge QK verwendet. Ausgehend von diesen Größen oder einer Teilmenge dieser Größen wird der kurbelwellenabhängige Zylinderdruck ermittelt.
Alternativ zur Kraftstoffmenge kann das Modell auch andere Größen verwenden, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren und/oder direkt von der Kraftstoffmenge abhängen und/oder ausgehend von denen die Kraftstoffmenge berechnet wird. Solche Alternativgrößen sind insbesondere das Ausgangssignal AD des Ansteuerdauerkennfeld 110 und/oder der Fahrerwunsch FP.
Dabei kann das Modell 150 als mehrdimensionales Kennfeld ausgebildet sein. Alternativ kann auch vorgesehen, dass ausgehend von diesen Größen mittels verschiedener Rechenmodelle der Zylinderdruck ermittelt wird.
Mit dem Modell 150 wird der Druck im Brennraum, der zum vorausberechneten Einspritzzeitpunkt, bei dem die korrigierende Einspritzung erfolgt, ermittelt. Die Korrektur 140 ist vorzugsweise als Kennfeld ausgebildet, in denen die Ansteuerdauer und der Zylinderdruck PZ eingehen.
Dies bedeutet, dass ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße ein Korrekturwert K zur Korrektur der Ansteuergröße, insbesondere des unkorrigierten Ansteuersignals AD, vorgegeben wird. Dabei wird der Korrekturwert als Funktion des Brennraumdrucks ermittelt. D. h. es besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Brennraumdruck PZ und dem unkorrigiertem Ansteuersignal AD sowie dem Korrekturwert K. Dies bedeutet, der Korrekturwert K ist direkt abhängig von dem Brennraumdruck PZ. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei einem höheren Brennraumdruck der Injektor leichter öffnet und dabei eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt wird, als bei niederen Brennraumdrücken. Dies führt dazu, dass bei unterschiedlichen Brennraumdrücken unterschiedliche Kraftstoffmengen eingespritzt werden. Dabei ist diese Abhängigkeit unabhängig von dem Kraftstoffdruck. Als Korrektur hängt nicht vom Verhältnis zwischen Brennraumdruck und Kraftstoffdruck ab. Es besteht lediglich eine indirekte Abhängigkeit des Korrekturwertes K über die Ansteuersignal AD vom Raildruck PR. Hingegen besteht eine direkte Abhängigkeit des Korrekturwerts K vom Zylinderdruck.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK) eine Ansteuergröße (AD), die die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (K) ausgehend von der Ansteuergröße (AD) und der Zylinderdruckgröße (PZ) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderdruckgröße (PZ) mit einem Sensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderdruckgröße (PZ) ausgehend von Betriebskenngrößen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Größen Ladedruck, Lufttemperatur, Motortemperatur, Drehzahl und/oder Einspritzmenge einer vorhergehenden Einspritzung zur Ermittlung der Zylinderdruckgröße verwendet wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln (110) die ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße (QK) eine Ansteuergröße (AD), die die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, vorgeben, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (140) vorgesehen sind, die ausgehend von einer den Zylinderdruck charakterisierenden Zylinderdruckgröße (PZ) ein Korrekturwert (K) zur Korrektur der Ansteuergröße (AD) vorgeben.