PL200606B1 - Sposób i urządzenie do sterowania silnikiem spalinowym - Google Patents

Abstract

1. Sposób sterowania silnikiem spalinowym, znamienny tym, ze na podstawie charakteryzuj acego ilosc wtrysku czasu trwania sterowania stopniem ko ncowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, oraz drugiej wielko sci, charakteryzuj acej ustawienie k atowe, przy którym mierzy si e ilosc wtrysku, wyznacza si e trzeci a wielkosc, która charakteryzuje moment dostarczany przez silnik spalinowy, za s na podstawie czwartej wielko sci, która charakteryzuje zadanie kierowcy, okre sla si e pi ata wielko sc, która charakteryzuje moment zadany przez kierowc e, przy czym analizuje si e trzeci a i pi at a wielkosc celem kontroli i bledów. 6. Urz adzenie do sterowania silnikiem spalinowym, znamienne tym, ze zawiera srodki, które na podstawie charakteryzuj acego ilosc wtrysku czasu trwania sterowania stopniem ko ncowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, i drugiej wielko sci, charakte- ryzuj acej ustawienie k atowe, przy którym jest mierzona ilosc wtrysku, okre slaj a trzeci a wielko sc, charakteryzuj ac a mo- ment dostarczany przez silnik spalinowy, i na podstawie czwartej wielko sci, charakteryzuj acej zadanie kierowcy, okre slaj a pi ata wielko sc, charakteryzuj ac a moment zadany przez kierowc e, oraz analizuj a t e trzeci a i pi at a wielkosc celem kontroli bledów. PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do sterowania silnikiem spalinowym.

Z niemieckiego opisu nr 40 33 049 znany jest sposób i urzą dzenie do kontroli czujnika do wykrywania położenia mechanizmu nastawczego ilościowego i samego mechanizmu nastawczego ilościowego. W opisanym tam sposobie sprawdza się w dołączonym bezprądowo mechanizmie nastawczym, czy igłowy czujnik ruchu lub odpowiedni inny czujnik dostarcza sygnał wyjściowy.

US-A-5,996,547 opisuje układ sterowania silnikiem spalinowym, w którym w oparciu o ciśnienie komory spalania oblicza się moment wytwarzany przez silnik spalinowy. Ponadto zależnie od życzenia kierowcy wyznacza się moment żądany. Na podstawie porównania momentu żądanego i momentu mierzonego na podstawie ciśnienia komory spalania wykrywa się błąd.

Z US-A-5,591,176 znany jest sposób, w którym oblicza się rzeczywisty moment silnika wysokoprężnego w oparciu o pozycję drążka regulacyjnego i czas wtrysku. Te pozycję drążka regulacyjnego wyznacza się zazwyczaj za pomocą czujnika. W urządzeniu tym konieczny jest zatem czujnik, który rejestruje pozycję drążka regulacyjnego.

Dokument ten mówi jednak także, że pozycje drążka regulacyjnego należy rozumieć jedynie w przenośni i stanowi ona ogólnie wskaźnik co do przepływu paliwa (kolumna 3, wiersz 710 i następne).

Ponadto znane są sposoby, w których różne sygnały potwierdza się wzajemnie.

Szczególnie przy zastosowaniu sygnału ilości wtrysku problematyczne jest wzajemne potwierdzanie z innymi sygnałami, ponieważ w obecnych systemach często następują wtryski, które nie mają żadnego wpływu na moment silnika spalinowego. Chodzi tutaj na przykład o przedwtryski, które następują przed wtryskami zasadniczymi, i dotryski, które są stosowane szczególnie do obróbki spalin i do regeneracji filtrów i/lub katalizatorów.

Sposób sterowania silnikiem spalinowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na podstawie charakteryzującego ilość wtrysku czasu trwania sterowania stopniem końcowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, oraz drugiej wielkości, charakteryzującej ustawienie kątowe, przy którym mierzy się ilość wtrysku, wyznacza się trzecią wielkość, która charakteryzuje moment dostarczany przez silnik spalinowy, zaś na podstawie czwartej wielkości, która charakteryzuje żądanie kierowcy, określa się piątą wielkość, która charakteryzuje moment żądany przez kierowcę, przy czym analizuje się trzecią i piątą wielkość celem kontroli błędów.

Korzystnie druga wielkość odpowiada kątowemu ustawieniu wału korbowego, przy którym następuje wtrysk.

Korzystnie czwarta wielkość odpowiada położeniu elementu obsługowego.

Korzystnie błąd wykrywa się, gdy trzecia wielkość i piąta wielkość różnią się między sobą o więcej niż wartość progową.

Korzystnie kontrola błędu następuje tylko w określonych stanach roboczych.

Urządzenie do sterowania silnikiem spalinowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera środki, które na podstawie charakteryzującego ilość wtrysku czasu trwania sterowania stopniem końcowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, i drugiej wielkości, charakteryzującej ustawienie kątowe, przy którym jest mierzona ilość wtrysku, określają trzecią wielkość, charakteryzującą moment dostarczany przez silnik spalinowy, i na podstawie czwartej wielkości, charakteryzującej żądanie kierowcy, określają piątą wielkość, charakteryzującą moment żądany przez kierowcę, oraz analizują tę trzecią i piątą wielkość celem kontroli błędów.

Sposób według wynalazku umożliwia niezawodne i dokładne wykrywanie błędu, szczególnie w zakresie pomiaru paliwa silnikowego i/lub okreś lenia żądań kierowcy. Szczególnie korzystne jest tutaj uwzględnianie drugiej wielkości, która charakteryzuje ustawienie kątowe wału korbowego lub wału krzywkowego przy wtrysku. Pozwala to uwzględnić wpływ wtryskiwanego paliwa silnikowego na moment dostarczany przez silnik spalinowy. Jako drugą wielkość stosuje się korzystnie wartość zadaną lub wartość rzeczywistą początku wtrysku, początku tłoczenia, początku sterowania lub innej odpowiedniej wielkości.

Szczególnie korzystne jest, gdy jako pierwszą wielkość stosuje się czas trwania sterowania stopnia końcowego zaworu elektromagnetycznego lub elementu piezoelektrycznego, bowiem stosowanie sygnału sterowania dla stopnia końcowego pozwala kontrolować zdolność działania całej jednostki sterowania.

Jeżeli czwarta wielkość odpowiada położeniu elementu obsługowego, wówczas można wykrywać błędy w zakresie obróbki sygnału wyjściowego elementu obsługowego.

PL 200 606 B1

Jeżeli błąd wykrywa się, gdy trzecia wielkość i piąta wielkość różnią się między sobą o więcej niż wartość progowa, wówczas pozwala to wykrywać błędy w całej ścieżce sygnału sterowania. Są to zwłaszcza błędy w zakresie oceny wielkości wejściowych, obliczania i określania wielkości wyjściowych.

Występowanie kontroli błędów tylko w ustalonych stanach pracy pozwala przede wszystkim zmniejszyć koszty. Ponadto możliwe jest bardziej precyzyjne wykrywanie błędów, ponieważ w stanach, w których nie można pozyskać jednoznacznych wyników, nie następuje wykrywanie błędów.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 ukazuje schemat blokowy urządzenia według wynalazku, fig. 2 - szczegóły urządzenia według wynalazku oraz fig. 3 - sieć działań wyjaśniającą sposób według wynalazku.

Poniżej opisany jest sposób postępowania według wynalazku na przykładzie sterowania silnikiem spalinowym Diesla. Sposób postępowania według wynalazku nie jest jednak ograniczony do zastosowania w silniku spalinowym Diesla. Może on być także użyty do innych silników spalinowych, w których występuje związek pomiędzy wtryskiwaną ilością paliwa i momentem silnika spalinowego, względnie w systemach, w których istnieje określony związek pomiędzy ilością wtryskiwanego paliwa i inną kontrolowaną wielkoś cią .

Figura 1 ukazuje zasadnicze elementy urządzenia do sterowania silnikiem spalinowym. Człon nastawczy jest oznaczony odnośnikiem 100. Ten człon nastawczy 100 określa ilość paliwa wtryskiwanego do silnika spalinowego. Chodzi tutaj korzystnie o zawór elektromagnetyczny lub element piezoelektryczny. Zależnie od czasu trwania sygnału sterowania, człon nastawczy odmierza określoną ilość paliwa dla nie przedstawionego tutaj silnika spalinowego.

Człon nastawczy 100 jest zasilany przez sygnał sterowania z jednostki 110 zwanej TPU. Tutaj jednostka TPU dostarcza sygnały, które ustalają początek wtrysku, koniec wtrysku. Nie przedstawiony stopień końcowy w członie nastawczym przekształca je w sygnały sterowania różnymi elementami przełączającymi.

Jednostka TPU 110 jest tutaj zasilana odpowiednimi sygnałami przez układ sterowania 120. Układ sterowania 120 przetwarza sygnały różnych czujników 130, dostarczających przykładowo sygnałów FP dotyczących życzeń kierowcy, prędkości obrotowej N silnika spalinowego i innych wielkości roboczych lub parametrów otoczenia.

Ponadto przewidziany jest układ kontrolny 140, do którego są doprowadzane sygnały wyjściowe różnych czujników, jak również sygnały wyjściowe jednostki TPU. Układ kontrolny 140 zasila właściwymi sygnałami układ sterowania 120 i w korzystnym przykładzie wykonania wskaźnik 150. Alternatywnie wskaźnik 150 może być również sterowany przez układ sterowania 120.

To urządzenie pracuje jak następuje. Na podstawie różnych wielkości roboczych, zwłaszcza takich jak prędkość obrotowa silnika spalinowego i życzenie kierowcy, układ sterowania 120 oblicza punkt czasu, w którym powinien nastąpić wtrysk, oraz wtryskiwaną ilość paliwa. Wtryskiwana ilość paliwa jest następnie odmierzana przez człon nastawczy 100 silnika spalinowego i prowadzi do uzyskania właściwego momentu.

Oprócz ilości paliwa, którą odmierza się celem wytworzenia momentu, odmierza się w każdym cyklu lub poszczególnych cyklach odmierzania dodatkowe ilości paliwa. Tak na przykład można przewidzieć, że w celu zmniejszenia hałasu przed właściwym odmierzaniem paliwa następuje przedwtrysk. Ponadto można przewidzieć, że po wtrysku zasadniczym następuje dotrysk. Dotrysk służy między innymi do wprowadzenia do spalin węglowodorów, które z kolei wpływają na zwiększenie temperatury spalin. Ponadto węglowodory te mogą wywoływać w dołączonym do silnika spalinowego katalizatorze lub filtrze cząsteczek reakcje, które są potrzebne, by utrzymywać katalizator i/lub filtr cząstek w stanie zdolnym do pracy.

Zwłaszcza dotryski, potrzebne dla układu końcowej obróbki spalin, nie przyczyniają się do momentu wytwarzanego przez silnik spalinowy. Dalsze wtryski częściowe oddziałują tylko w zmniejszonym stopniu na moment obrotowy.

Układ kontrolny 140 przetwarza sygnały wejściowe układu sterowania 120. W szczególności układ kontrolny 140 odczytuje wartość czujnika położenia pedału gazu. Chodzi tutaj zwłaszcza o sygnał wyjściowy analogowo-cyfrowego przetwornika czujnika 130 pedału gazu. Ponadto układ kontrolny 140 ocenia ostatnio odebraną wartość, na przykład czas trwania sterowania, i oblicza korzystnie niezależnie od normalnego sterowania ilością, czy wartości te są zgodne. Jeżeli na przykład położenie pedału gazu osiąga dużą wartość i sygnał czasu trwania sterowania osiąga dużą wartość, wówczas uznaje się to za wartość zgodną.

PL 200 606 B1

Taki sposób postępowania wymaga działania dopasowanego do układu wtrysku, ponieważ układ kontrolny 140 musi uwzględniać, czy w odpowiednich stanach pracy następuje na przykład dotrysk. To powoduje, że układ kontrolny 140, a w nim zwłaszcza zgodność, trzeba indywidualnie dopasowywać do układu wtrysku.

Według wynalazku przewidziano, że niezależnie od układu wtrysku określony interfejs przygotowuje dane każdego wtrysku przy kącie obrotu wału korbowego 720 stopni. Dla każdego cylindra i dla każ dego wtrysku zapamię tuje się przy tym jedną wielkość, która odpowiada wtryskiwanej iloś ci paliwa, i drugą wielkość, która odpowiada ustawieniu kątowemu, przy którym następuje wtrysk. Informacja ta pozwala na wyznaczanie momentów powstających w cylindrze i uzgadnianie ich z innymi wielkościami wejściowymi.

Dzięki zastosowaniu jednolitego interfejsu trzeba dopasować specjalnie do układu wtrysku jedynie wyznaczanie położenia i ilości paliwa. Kontrola zgodności może odbywać się jednakowo dla wszystkich układów. Ponadto uzyskane dane wykorzystuje się do obliczania rzeczywistej mocy silnika na podstawie kątowego ustawienia wału korbowego i ilości paliwa.

Układ kontrolny jest przedstawiony bardziej szczegółowo na fig. 2. Elementy opisane już na fig. 1 są oznaczone na fig. 2 odpowiednimi odnośnikami. Sygnał wyjściowy jednostki TPU 110 jest doprowadzany do układu tablicowego 200 i stąd do układu wyznaczania 210 momentu. Sygnał wyjściowy układu wyznaczania 210 momentu jest doprowadzany przez układ sumowania 220 momentów do układu logicznego 230, który z kolei dostarcza odpowiedni sygnał wyjściowy do wskaźnika 150 względnie do układu sterowania 120. Na drugie wejście układu logicznego 230 jest doprowadzany sygnał wyjściowy układu charakterystyki 240 momentów, do którego są doprowadzane jako wielkości wejściowe sygnały wyjściowe FP i N czujników 130.

Urządzenie to pracuje w sposób następujący. Szacowanie indukowanego momentu jest oparte na wielkości, która charakteryzuje odmierzaną ilość wtryskiwanego paliwa, i wielkości, która charakteryzuje ustawienie kątowe, przy którym odmierza się ilość paliwa. Korzystnie odczytuje się w tym celu z odpowiednich rejestrów jednostki TPU 110 począ tek wtrysku i czas trwania wtrysku. Zamiast czasu trwania wtrysku można także zastosować właściwy kąt wtrysku. Początek wtrysku określa punkt czasu względnie ustawienie kątowe wału korbowego, przy którym następuje wtrysk. Czas trwania wtrysku określa czas trwania samego wtrysku względnie kąt, który jest zakreślany podczas wtrysku.

Z jednostki TPU moż na ponadto odczytać rzeczywiste początki wtrysku i czasy trwania wtrysku lub punkty czasu albo ustawienia kątowe, przy których odbywa się sterowanie członem nastawczym. Na podstawie czasu trwania wtrysku określa się ilość paliwa. Przy wyznaczaniu tej ilości na podstawie czasu trwania sterowania uwzględnia się przykładowo, że sterowanie członem nastawczym jest dłuższe niż rzeczywisty wtrysk. Ilość paliwa wyznaczoną dla każdego wtrysku zapisuje się oddzielnie dla każdego cylindra wraz z kątem początku sterowania w układzie tablicowym 200. Ten układ tablicowy zawiera wszystkie wtryski jednego cylindra przy 720-stopniowym obrocie wału korbowego. Jako oznaczenie identyfikujące wprowadza się dodatkowo do układu tablicowego numer cylindra. Dla zapewnienia integralności danych wprowadza się licznik, którego stan zwiększa się każdorazowo przy zapisie w układzie tablicowym ostatniego zdarzenia. Dla każdego cylindra wprowadza się wiadomość z układem tablic, którą zarządza układ roboczy. Wyklucza to konflikty dostępowe spowodowane równoczesną obróbką. Ponadto można bez problemów dopasowywać wielkości pamięci do potrzebnej liczby cylindrów. Wyznaczanie ilości wtrysku, jak również przyporządkowanego jej początku wtrysku, odbywa się w układzie tablicowym korzystnie z synchronizacją kątową.

Układ tablicowy 200 tworzy interfejs pomiędzy układem sterowania i układem kontrolnym. Przy tym wiadomość z układem tablic jest jednakowa dla wszystkich układów wtrysku.

W układzie wyznaczania 210 momentów oblicza się na podstawie tych danych dla każ dego cylindra indukowany moment, doprowadzany następnie do układu sumowania 220 momentów. Układ sumowania 220 momentów oblicza synchronicznie w czasie zsumowane na wszystkich cylindrach momenty indukowane.

Na wyjściu układu sumowania 220 momentów dysponuje się wówczas indukowanym momentem wyznaczonym w badanym przedziale czasu.

Równolegle do tego określa się, na podstawie ustawienia pedału gazu FP i prędkości obrotowej N, za pośrednictwem układu charakterystyki 240 momentów, wielkość, która charakteryzuje żądanie kierowcy. Ta wielkość i wielkość, charakteryzująca indukowany moment, są sprawdzane przez układ logiczny 230 na zgodność, zaś przy odchyleniu wykrywany jest błąd oraz korzystnie wysterowany zostaje właściwy wskaźnik 150.

PL 200 606 B1

Zamiast stosowania układu charakterystyki 240 momentów, obliczania można także dokonywać przy użyciu wzoru. Poza tym można także zastosować inne wielkości lub dalsze wielkości oprócz ustawienia pedału gazu i prędkości obrotowej.

Na figurze 3 przedstawiony jest sposób postępowania na podstawie sieci działań. W pierwszym etapie 300 oblicza się zadany moment MS na podstawie prędkości obrotowej i ustawienia pedału gazu FP. Na etapie odczytu 310 następuje sprawdzenie, czy występują stany robocze, w których możliwe jest sprawdzenie wiarygodności. Jeżeli to nie ma miejsca, następuje ponownie etap 300.

Jeżeli występuje taki stan roboczy, wówczas w etapie 320 określa się indukowany moment dla każdego cylindra. Waży się przy tym czas trwania sterowania z uwzględnieniem ustawienia kątowego wału korbowego i wyznacza w ten sposób indukowany moment dla każdego wtrysku. To wyznaczanie następuje korzystnie dla każdego wtrysku częściowego, czyli zarówno dla przedwtrysku, jak i wtrysku zasadniczego oraz dotrysku. Ilości paliwa, odmierzane przy dotrysku, waży się korzystnie z wartością zero, ponieważ nie wpływają one na moment. Czas trwania sterowania, wtrysk zasadniczy i przedwtrysk wyznacza się na podstawie zadanej funkcji dla indukowanego momentu danego wtrysku.

W nastę pnym etapie 330 sumuje się poszczególne indukowane momenty dla wię kszej iloś ci wtrysków częściowych i korzystnie i/lub po większej ilości cylindrów, wyznaczając na tej podstawie moment rzeczywisty MI. Następnie w etapie 340 oblicza się wartość różnicy pomiędzy momentem zadanym MS i momentem rzeczywistym MI. W następnym etapie odczytu 350 sprawdza się, czy wartość różnicy MD momentów jest większa niż wartość progowa SW. Jeżeli to nie ma miejsca, wówczas następuje ponownie etap 300.

Jeżeli wartość różnicy MD momentów jest większa niż wartość progowa, w etapie 360 wykrywa się błąd. Wartość progową SW dobiera się tak, by ewentualne tolerancje przy wyznaczaniu momentu nie prowadziły do błędnego zadziałania.

Claims (6)

1. Sposób sterowania silnikiem spalinowym, znamienny tym, że na podstawie charakteryzującego ilość wtrysku czasu trwania sterowania stopniem końcowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, oraz drugiej wielkości, charakteryzującej ustawienie kątowe, przy którym mierzy się ilość wtrysku, wyznacza się trzecią wielkość, która charakteryzuje moment dostarczany przez silnik spalinowy, zaś na podstawie czwartej wielkości, która charakteryzuje żądanie kierowcy, określa się piątą wielkość, która charakteryzuje moment żądany przez kierowcę, przy czym analizuje się trzecią i piątą wielkość celem kontroli błędów.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że druga wielkość odpowiada kątowemu ustawieniu wału korbowego, przy którym następuje wtrysk.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czwarta wielkość odpowiada położeniu elementu obsługowego.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że błąd wykrywa się, gdy trzecia wielkość i piąta wielkość różnią się między sobą o więcej niż wartość progową.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kontrola błędu następuje tylko w określonych stanach roboczych.

6. Urządzenie do sterowania silnikiem spalinowym, znamienne tym, że zawiera środki, które na podstawie charakteryzującego ilość wtrysku czasu trwania sterowania stopniem końcowym, zaworem elektromagnetycznym albo elementem piezoelektrycznym, i drugiej wielkości, charakteryzującej ustawienie kątowe, przy którym jest mierzona ilość wtrysku, określają trzecią wielkość, charakteryzującą moment dostarczany przez silnik spalinowy, i na podstawie czwartej wielkości, charakteryzującej żądanie kierowcy, określają piątą wielkość, charakteryzującą moment żądany przez kierowcę, oraz analizują tę trzecią i piątą wielkość celem kontroli błędów.