WO2006034916A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Gerhard Eser
Hong Zhang
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • actuators are provided by which a very high degree of air delivery over wei ⁇ te operating ranges of the internal combustion engine can be ensured.
  • injectors where fuel is supplied under a high pressure, and this then attach in an intake or preferably directly in egg ⁇ NEN cylinder of the internal combustion engine are used. Due to the high fuel pressure, on the one hand the fuel can be metered in within a very short time. This allows so ⁇ example, an operation with an inhomogeneous air / fuel mixture in the cylinder, which is also referred to as shift operation.
  • the high pressure of the fuel allows a very fine atomization of the fuel particles, which is favorable for the firing process, in particular with regard to pollutant emissions.
  • the object of the invention is to provide a method and an Vor ⁇ device for controlling an internal combustion engine to provide the or allows a comfortable operation of the internal combustion engine ⁇ .
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling a Brennkraftmaschi ⁇ ne with at least one actuator for adjusting an air- ⁇ mass in a cylinder, with an injection valve for Zumes ⁇ sen of fuel, the fuel via a Kraftstoffzu- transfer means supplied becomes.
  • a maximum generatable torque is determined when a requested torque GroE ⁇ SSER or equal to the maximum generatable torque.
  • An air mass flow is to be set fuel ratio determined and the maximum measurable ⁇ fuel mass depending on a ein ⁇ that delivers the air / when a requested torque is greater than or equal to the maximum producible Drehmo ⁇ ment.
  • the at least one actuator for adjusting the air mass flirtstel ⁇ ing air mass flow is set and that when an angefor ⁇ dertes torque is greater than or equal to the maximum torque can be generated.
  • the requested torque is a torque representing a driver's request of a driver of a vehicle in which the internal combustion engine can be arranged, or also other torque requirements of functions for controlling the internal combustion engine or other units of the vehicle.
  • a good driving performance can also be an error in the fuel supply means ⁇ , which leads to a pressure drop of the fuel pressure ⁇ , the internal combustion engine can be ensured.
  • Such an error can, in particular in the case of a fuel supply device, the fuel 200411636
  • the fuel pressure is determined in a unit for determining the pressure of the fuel. This may be, for example, a suitable pressure sensor or else be designed to determine the fuel pressure as a function of further measured variables which are detected by sensors of the internal combustion engine.
  • a cylinder segment time duration is to be understood as meaning the duration of time required for a working cycle divided by the number of cylinders of the internal combustion engine.
  • the cylinder segment duration thus results from the sweeping value of half the rotational speed divided by the number of cylinders of the internal combustion engine.
  • the maximum Kursessbare fuel mass can be determined in a particularly simple and also can be accomplished by taking into account the cylinder segment time simply a more excellent wei ⁇ pressure drop of the fuel pressure with high plausibility ⁇ friendliness be prevented. 200411636
  • the maximum meterable fuel mass is reduced as a function of a gradient of the pressure of the fuel which is supplied to the injection valve. In this way be ⁇ can unintentionally Sonders a strong drop in torque in the case of an error can be prevented in the fuel supply and thus remain the same then a possible ⁇ the maximum torque can be achieved effectively.
  • the at least one actuator for adjusting the air mass ⁇ in the sense of minimizing a residual gas content in the cylinder is driven when the requested torque is greater than or equal to the maximum torque can be generated.
  • the method is started when the fuel pressure is absolute or relative to a fuel pressure to be set smaller by a predetermined threshold, in particular for a predetermined period of time. In this way, then only in a fault in the fuel supply a corresponding limitation of the fuel mass.
  • Figure 1 shows an internal combustion engine with a control device
  • Figure 2 is a flowchart of a program for controlling the internal combustion engine.
  • An internal combustion engine (1) comprises an intake section 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and a Abgas ⁇ tract 4.
  • the intake 1 preferably comprises a throttle ⁇ flap 5, further comprising a manifold 6 and an intake pipe 7, which leads to a cylinder Zl is guided via an inlet channel in the Motor ⁇ block 2.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the Kol ⁇ ben 11 of the cylinder Zl.
  • the cylinder head 3 includes a valve actuator with a gas ⁇ inlet valve 12, a gas outlet 13 and Ventilantrie ⁇ ben 14, 15.
  • the valve actuators 14, 15 comprise or them is associated with a camshaft comprising cams on the gas inlet valve 12 and / or the Gas outlet valve 13 einwir ⁇ ken.
  • the gas inlet valve 12 and the gas outlet valve 13 is assigned a separate camshaft.
  • a valve lift adjustment device 19 may be provided by means of a stroke curve can be varied, so may be a low and a high valve lift is ⁇ represents be.
  • a phase adjusting device 20 can be provided, by means of which a phase position of the respective camshaft can be adjusted. Under the phase position is 200411636
  • phase position it is optionally possible to set a valve overlap, that is to say a region in which both the gas inlet valve 12 and the gas outlet valve 13 release the inlet or the outlet.
  • the gas inlet valve 12, the valve lift adjusting device 19 and the phase adjusting device 20 form actuators for adjusting an air mass in the respective cylinder Zl. Further such actuators can be provided and are formed for example by the throttle valve 5, egg ⁇ ne switching flap in the intake manifold or the collector, an impulse charging valve or even a turbocharger device.
  • the cylinder head 3 further comprises an injection valve, which is arranged so that it can meter fuel into a combustion chamber of the Zy ⁇ Linders 1.
  • the injection valve 23 may also be arranged in the intake manifold 7.
  • the cylinder head still preferably encloses a spark plug 23.
  • the internal combustion engine further comprises a fuel supply device 26.
  • the fuel supply device 26 includes a fuel tank 28, which is connected via a first Kraftstofflei ⁇ tion with a low pressure pump 30.
  • the low-pressure pump 30 is connected to an inlet 34 of a high-pressure pump 36.
  • a mechanical regulator 32 is also provided. 200411636
  • the low-pressure pump 30 is preferably designed so that it always supplies a sufficiently high fuel quantity during operation of the internal combustion engine, which ensures that a predetermined low pressure is not exceeded.
  • the high-pressure pump is designed so that it ausgangssei ⁇ tig changed för ⁇ the fuel toward a fuel storage 38th
  • the high-pressure pump 36 is usually coupled on the drive side with the camshaft and is thus driven by this ⁇ and promotes a constant fuel volume at constant speed N of the crankshaft 8 in the fuel storage 38th
  • the injection valves 22 are connected to the fuel reservoir 38. The fuel is thus supplied to the injection valves 22 via the fuel reservoir 38.
  • a volume flow control valve 40 is provided, by means of which the volume flow can was ⁇ set that is the high-pressure pump 36 is supplied.
  • the internal combustion engine can also be provided with an electromagnetic regulator on the output side of the fuel storage ⁇ 38 and with a corresponding return line in the low-pressure circuit.
  • the volume flow control valve 40 can also be integrated in the high-pressure pump 54.
  • a control device 44 is provided to which sensors are assigned, which detect different measured variables and in each case determine the value of the measured variable.
  • the controller 44 determined as a function of at least one measured variable controlling variable ⁇ SEN which sets umge ⁇ then in one or more control signals for controlling the actuators by means of corresponding actuators are.
  • the control device 44 can also be referred to as a device for controlling the internal combustion engine. It includes a data and program memory and a unit area Re ⁇ in which programs for controlling of the internal combustion ⁇ machine during operation of the internal combustion engine tillarbei ⁇ be tet.
  • the sensors are a pedal position sensor 46, which detects an accelerator pedal position of an accelerator pedal 48, a throttle flap position sensor 52, which detects an opening degree of the throttle flap 5, a temperature sensor 54, which detects an intake air temperature, a crankshaft angle sensor 58, which detects a crankshaft angle, the then a speed N is assigned. Further, a camshaft angle sensor 58 is preferably provided, which detects a Nockenwellen ⁇ angle. If two camshafts are present, each camshaft is preferably assigned its own camshaft angle sensor. Furthermore, an exhaust gas probe 62 is provided which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and 200411636
  • a fuel pressure sensor 42 is provided, by means of which a fuel pressure FUP_AV in the fuel reservoir 38 is determined.
  • any desired quantity of said sensors may be present, or additional sensors may also be present.
  • Actuators of the internal combustion engine for example, the throttle valve 5, the gas inlet and gas outlet valves 12, 13, the valve lift adjusting device 19, the phase adjusting device 20, the injection valve 22 or the Zünd ⁇ candle 23rd
  • cylinders Z2 to Z4 are preferably also provided, to which corresponding actuators, if appropriate, corresponding sensors are then assigned.
  • a program for controlling the internal combustion engine is stored in the program memory of the control device 44 and can be executed during the operation of the internal combustion engine.
  • the program will start in a step S ( Figure 2) ge, initialized in which variables ⁇ to. The start preferably takes place shortly after the engine start.
  • a step S2 it is checked whether a difference of a fuel pressure FUP_SP to be set and a determined fuel pressure FUP_AV is greater than a threshold value FUP_THD, which is suitably predetermined.
  • the threshold value FUP_THD is preferably predetermined such that it is representative 200411636
  • step S2 is for a fuel pressure drop indicative of a fault in the fuel supply device 26. He is so be ⁇ preferably specified depending on a delivery volume of the high-pressure pump and / or a fuel temperature and / or the speed.
  • a quotient of the fuel pressure FUP_SP to be set and the determined fuel pressure FUP_AV can also be calculated and compared with the threshold value FUP_THD.
  • it can also be checked in step S2 whether the determined fuel pressure FUP_AV falls below a further threshold value.
  • step S2 If the condition of step S2 is not satisfied, the processing continues in a step S4 in which the Pro ⁇ grams preferred for a predetermined waiting period, or egg ⁇ NEN predetermined crankshaft angle is interrupted before the processing is continued again in step S2. On the other hand, if the condition of step S2 is met, the processing is continued in a step S6. In a ⁇ al ternatives embodiment of the program may also be dispensed with the step S2 and the processing will be continued directly at step S6.
  • a cylinder segment period T_SEG is determined.
  • the cylinder segment duration can simply be determined as a function of the rotational speed N and the number of cylinders Z1-Z4. In the case of a four-cylinder two-stroke internal combustion engine, it may be a quotient of a reciprocal 200411636
  • the dependence on the cylinder segment time T_SEG can ensure that a maximum time required for metering the maximum meterable fuel mass MFF_MAX does not in any case exceed the cylinder segment time duration T_SEG. In this way the true ⁇ probability can be significantly reduced simply that the power ⁇ material pressure, so the fuel pressure FUP_AV determined wishes uner ⁇ drops.
  • a maximum producible rotational moment ⁇ TQ_MAX LAM_SP fuel ratio is then a function of the maximum Kursessbaren Kraft ⁇ mass MFF_max and an adjusted air in a step S / determined.
  • the air / fuel ratio to be set can for example be fixed specified differently ben, it is preferred, however, of a function for Steu ⁇ ren the internal combustion engine by a further function to control the internal combustion engine is determined during operation of the internal combustion engine. Alternatively, when determining 200411636
  • the maximum torque that can be generated also takes into account a manipulated variable of an optionally present lambda controller . Furthermore, further influencing variables can be taken into account.
  • a requested torque TQ_REQ is then read in, which in a further function of the internal combustion engine preferably depends inter alia on the accelerator pedal position of the accelerator pedal 48 and optionally on further torque requirements u.a. of aggregates, such as a gearbox.
  • a step S14 it is checked whether the requested rotation ⁇ TQ_REQ moment is greater than the maximum generatable Drehmo ⁇ ment TQ_MAX.
  • an air mass flow MAF_CYL to be set in the respective cylinder Z1-Z4 is determined as a function of the requested torque TQ_REQ.
  • the air mass flow MAF_CYL to be set in the respective cylinder corresponds to the air mass which flows per working cycle into the respective cylinder Z1-Z4.
  • a control signal S_IM is determined for at least one of the actuators for adjusting the air mass, specifically as a function of the air mass flow MAF_CYL to be set. Further, in the step S18, a control signal S_INJ is determined for driving the injection valve 22, namely from ⁇ dependent of the adjusted air mass flow MAF_CYL in the cylinder and the adjusted air / fuel ratio LAM_SP in the cylinder, where appropriate, of the manipulated variable of the lambda controller. 200411636
  • step S14 the air mass flow MAF_CYL to be set is determined in a step S20 as a function of the maximum mass of fuel MAF_MAX that can be metered into the respective cylinder Z1-Z4 per working cycle and the air / fuel ratio to be set.
  • a step S22 at least one control signal ⁇ S_IM for the at least one actuator is then to adjust the air mass determined as a function of the adjusted air mass flow MAF_CYL.
  • the determination is carried out of the or of the control signals S_IM for the actuators for adjusting the air mass preferably such that the remainder is ⁇ gas fraction minimized in the cylinder prior to combustion of the air / fuel mixture to ensure as generating the highest possible torque to be able to.
  • the actuating signal S_INJ for controlling the injection valve 22 is determined, specifically as a function of the maximum fuel mass MFF_MAX which can be metered into the cylinder per working cycle. Subsequently, the program is continued in step S4.
  • a step is carried out S24, alternatively, in which the maximum ⁇ measurable fuel mass MFF_max dependent time segment of the Zylinder ⁇ T_SEG, the determined pressure FUP_AV and zu ⁇ additionally dependent on a gradient FUP_GRD of Kraft ⁇ substance pressure is determined. In this way, simply another undesired pressure drop of the fuel pressure can be prevented .

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat mindestens ein Stellglied zum Einstellen einer Luftmasse in einem Zylinder. Sie hat ferner ein Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff, dem Kraftstoff über eine Kraftstoffzuführeinrichtung zugeführt wird. Eine maximal in den Zylinder pro Arbeitsspiel zumessbare Kraftstoffmasse (MFF_MAX) wird ermittelt. Abhängig von der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) wird ein maximal erzeugbares Drehmoment (TQ_MAX) ermittelt. Ein einzustellender Luftmassenstrom (MAF_CYL) wird ermittelt abhängig von einem einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_SP) und der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) und durch entsprechendes Ansteuern des mindestens einen Stellglieds zum Einstellen der Luftmasse eingestellt und das Einspritzventil wird im Sinne der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) angesteuert, wenn das angeforderte Drehmoment (TQ_REQ) größer oder gleich dem maximal erzeugbaren Drehmoment (TQ_MAX) ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschi¬ ne
An Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Darüber hinaus müssen auch die durch die Brennkraftmaschinen erzeug¬ ten Schadstoff-Emissionen gering sein aufgrund strenger ge¬ setzlicher Vorschriften. Zu diesem Zweck werden Stellglieder vorgesehen, durch die ein sehr hoher Luftliefergrad über wei¬ te Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine sichergestellt werden kann. Ferner werden Einspritzventile eingesetzt, denen Kraftstoff unter einem hohen Druck zugeführt wird und die diesen dann in einen Ansaugtrakt oder bevorzugt direkt in ei¬ nen Zylinder der Brennkraftmaschine zumessen. Durch den hohen Kraftstoffdruck lässt sich einerseits der Kraftstoff inner¬ halb von sehr kurzer Zeit zumessen. Dies ermöglicht so bei¬ spielsweise einen Betrieb mit einem inhomogenen Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder, der auch als Schichtbetrieb bezeichnet wird. Zum anderen ermöglicht der hohe Druck des Kraftstoffs eine sehr feine Zerstäubung der Kraftstoffpartikel, was für den Brennvorgang insbesondere im Hinblick auf Schadstoff-Emissionen günstig ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die einen komfortablen Betrieb der Brenn¬ kraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. 200411636
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschi¬ ne mit mindestens einem Stellglied zum Einstellen einer Luft¬ masse in einem Zylinder, mit einem Einspritzventil zum Zumes¬ sen von Kraftstoff, dem Kraftstoff über eine Kraftstoffzu- führeinrichtung zugeführt wird. Eine maximal in den Zylinder pro Arbeitsspiel zumessbare Kraftstoffmasse wird ermittelt, wenn ein angefordertes Drehmoment größer oder gleich dem ma¬ ximal erzeugbaren Drehmoment ist. Abhängig von der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse wird ein maximal erzeugbares Drehmoment ermittelt, wenn ein angefordertes Drehmoment grö¬ ßer oder gleich dem maximal erzeugbaren Drehmoment ist. Ein einzustellender Luftmassenstrom wird abhängig von einem ein¬ zustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der maximal zu¬ messbaren Kraftstoffmasse ermittelt, wenn ein angefordertes Drehmoment größer oder gleich dem maximal erzeugbaren Drehmo¬ ment ist. Durch entsprechendes Ansteuern des mindestens einen Stellglieds zum Einstellen der Luftmasse wird der einzustel¬ lende Luftmassenstrom eingestellt und zwar, wenn ein angefor¬ dertes Drehmoment größer oder gleich dem maximal erzeugbaren Drehmoment ist. Unter dem angeforderten Drehmoment ist ein Drehmoment zu verstehen, das einen Fahrerwunsch eines Fahrers eines Fahrzeugs repräsentiert, in dem die Brennkraftmaschine anordenbar ist, oder auch weitere Drehmomentanforderungen von Funktionen zum Steuern der Brennkraftmaschine oder weiteren Aggregaten des Fahrzeugs.
Auf diese Weise kann auch bei einem Fehler in der Kraftstoff¬ zuführeinrichtung, der zu einem Druckabfall des Kraftstoff¬ drucks führt, ein gutes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine gewährleistet werden. Ein derartiger Fehler kann insbesondere im Falle einer Kraftstoffzufuhreinrichtung, die Kraftstoff 200411636
unter sehr hohem Kraftstoffdruck, beispielsweise einige hun¬ dert Bar zuführt, zu einem sehr starken Druckabfall führen. Durch das Einstellen des Luftmassenstroms in den jeweiligen Zylinder abhängig von der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse kann, das in dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftma¬ schine maximale Drehmoment in dem Zylinder oder den Zylindern der Brennkraftmaschine erzeugt werden und somit ein gutes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die maximal zumessbare Kraftstoffmasse abhängig von einer Zy¬ lindersegmentzeitdauer und einem Kraftstoffdruck des Kraft¬ stoffs ermittelt, der dem Einspritzventil zugeführt wird. Der Kraftstoffdruck wird in einer Einheit zum Ermitteln des Drucks des Kraftstoffs ermittelt. Diese kann beispielsweise ein geeigneter Drucksensor sein oder auch ausgebildet sein zum Ermitteln des Kraftstoffdrucks abhängig von weiteren Messgrößen, die durch Sensoren der Brennkraftmaschine erfasst werden.
Unter einer Zylindersegmentzeitdauer ist diejenige Zeitdauer zu verstehen, die ein Arbeitsspiel benötigt dividiert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Bei einer Viertaktbrennkraftmaschine mit beispielsweise vier Zylindern ergibt sich somit die Zylindersegmentzeitdauer aus dem Kehr¬ wert der halben Drehzahl dividiert durch die Anzahl der Zy¬ linder der Brennkraftmaschine.
Auf diese Weise kann die maximal zumessbare Kraftstoffmasse besonders einfach ermittelt werden und ferner kann durch das Berücksichtigen der Zylindersegmentzeitdauer einfach ein wei¬ terer Druckabfall des Kraftstoffdrucks mit hoher Wahrschein¬ lichkeit verhindert werden. 200411636
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung wird die maximal zumessbare Kraftstoffmasse verringert abhängig von einem Gradienten des Drucks des Kraftstoffs, der dem Einspritzventil zugeführt wird. Auf diese Weise kann be¬ sonders wirkungsvoll ein ungewollt starker Drehmomentabfall im Falle eines Fehlers in der Kraftstoffzuführeinrichtung verhindert werden und somit dann ein möglichst gleichbleiben¬ des maximales Drehmoment erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das mindestens eine Stellglied zum Einstellen der Luft¬ masse im Sinne eines Minimierens eines Restgasanteils in dem Zylinder angesteuert, wenn das angeforderte Drehmoment größer oder gleich dem maximal erzeugbaren Drehmoment ist. So kann wirkungsvoll verhindert werden, dass aufgrund zu geringer Luftmasse die zuzumessende maximale Kraftstoffmasse reduziert werden muss, was zu einer Verringerung des Drehmoments führen würde.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin¬ dung wird das Verfahren gestartet, wenn der Kraftstoffdruck absolut oder relativ zu einem einzustellenden Kraftstoffdruck um einen vorgegebenen Schwellenwert kleiner ist, insbesondere für eine vorgegebene Zeitdauer. Auf diese Weise erfolgt dann nur in einem Fehlerfall in der Kraftstoffzuführeinrichtung eine entsprechende Begrenzung der Kraftstoffmasse.
Darüber hinaus ist insbesondere im Fehlerfall der Kraftstoff¬ zuführeinrichtung das angeforderte Drehmoment häufig höher als das maximal erzeugbare Drehmoment. So kann dann unter den Randbedingungen des Fehlerfalls noch eine sehr gute Fahrbar¬ keit gewährleistet werden. 200411636
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung und
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgas¬ trakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drossel¬ klappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in den Motor¬ block 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kol¬ ben 11 des Zylinders Zl gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventilantrieb mit einem Gas¬ einlassventil 12, einem Gasauslassventil 13 und Ventilantrie¬ ben 14, 15. Die Ventilantriebe 14, 15 umfassen oder ihnen ist zugeordnet eine Nockenwelle, die Nocken umfasst, die auf das Gaseinlassventil 12 und/oder das Gasauslassventil 13 einwir¬ ken. Bevorzugt ist jeweils dem Gaseinlassventil 12 und dem Gasauslassventil 13 eine separate Nockenwelle zugeordnet.
Ferner kann eine Ventilhub-Verstelleinrichtung 19 vorgesehen sein, mittels der ein Hubverlauf verändert werden kann, so kann zum Beispiel ein geringer und ein hoher Ventilhub einge¬ stellt werden. Ferner kann eine Phasen-Verstelleinrichtung 20 vorgesehen sein, mittels der eine Phasenlage der jeweiligen Nockenwelle verstellt werden kann. Unter der Phasenlage ist 200411636
ein Winkel zu verstehen, so zum Beispiel der Kurbelwellenwin¬ kel zwischen zwei Bezugsmarken, wobei sich je eine auf der Kurbelwelle und die andere auf der jeweiligen Nockenwelle be¬ findet und zwar die jeweils bezogen auf eine absolute Positi¬ on entweder der Kurbelwelle oder der Nockenwelle.
Durch das Variieren der Phasenlage kann gegebenenfalls eine Ventilüberschneidung eingestellt werden, das heißt ein Be¬ reich, in dem sowohl das Gaseinlassventil 12 als auch das Gasauslassventil 13 den Einlass beziehungsweise den Auslass freigeben.
Das Gaseinlassventil 12, die Ventilhub-Verstelleinrichtung 19 und die Phasen-Verstelleinrichtung 20 bilden Stellglieder zum Einstellen einer Luftmasse in dem jeweiligen Zylinder Zl. Weitere derartige Stellglieder können vorgesehen sein und werden beispielsweise gebildet durch die Drosselklappe 5, ei¬ ne Schaltklappe in dem Saugrohr oder dem Sammler, einem Im¬ pulsladeventil oder auch einer Turboladervorrichtung.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil, das so angeordnet ist, dass es Kraftstoff in einen Brennraum des Zy¬ linders 1 zumessen kann. Alternativ kann das Einspritzventil 23 jedoch auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. Ferner um¬ fasst der Zylinderkopf noch bevorzugt eine Zündkerze 23.
Die Brennkraftmaschine umfasst ferner eine Kraftstoffzuführ- einrichtung 26. Die Kraftstoffzuführeinrichtung 26 umfasst einen Kraftstofftank 28, der über eine erste Kraftstofflei¬ tung mit einer Niederdruckpumpe 30 verbunden ist. Ausgangs- seitig ist die Niederdruckpumpe 30 mit einem Zulauf 34 einer Hochdruckpumpe 36 verbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 30 ein mechanischer Regulator 32 vorge- 200411636
sehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoff¬ leitung mit dem Kraftstofftank 28 verbunden ist. Die Nieder¬ druckpumpe 30, der mechanische Regulator 32, die Kraftstoff¬ leitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 34 bil¬ den einen Niederdruckkreis.
Die Niederdruckpumpe 30 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge liefert, die gewährleistet, dass ein vorgegebener Niederdruck nicht unterschritten wird.
Die Hochdruckpumpe ist so ausgebildet, dass sie ausgangssei¬ tig den Kraftstoff hin zu einem KraftstoffSpeicher 38 för¬ dert. Die Hochdruckpumpe 36 ist in der Regel antriebsseitig mit der Nockenwelle gekoppelt und wird somit von dieser ange¬ trieben und fördert bei konstanter Drehzahl N der Kurbelwelle 8 ein konstantes Kraftstoffvolumen in den KraftstoffSpeicher 38.
Die Einspritzventile 22 sind mit dem KraftstoffSpeicher 38 verbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen 22 über den KraftstoffSpeicher 38 zugeführt.
In dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 36, das heißt stromaufwärts der Hochdruckpumpe 36, ist ein Volumenstromsteuerventil 40 vorgesehen, mittels dessen der Volumenstrom eingestellt wer¬ den kann, der der Hochdruckpumpe 36 zugeführt wird. Durch ei¬ ne entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 40 kann sichergestellt werden, dass in dem KraftstoffSpeicher der gewünschte Kraftstoffdruck herrscht, ohne dass ein elekt¬ romagnetischer Regulator ausgangsseitig des KraftstoffSpei¬ chers 38 mit einer entsprechenden Rückführleitung in den Nie¬ derdruckkreis vorgesehen sein muss. 200411636
Alternativ kann die Brennkraftmaschine jedoch auch mit einem elektromagnetischen Regulator ausgangsseitig des Kraftstoff¬ speichers 38 und mit einer entsprechenden Rückführleitung in den Niederdruckkreis versehen sein. Alternativ kann ferner auch das Volumenstromregelventil 40 in der Hochdruckpumpe 54 integriert sein.
Eine Steuervorrichtung 44 ist vorgesehen, der Sensoren zuge¬ ordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 44 ermittelt abhängig von mindestens einer Messgröße Stellgrö¬ ßen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umge¬ setzt werden. Die Steuervorrichtung 44 kann auch als Vorrich¬ tung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden. Sie umfasst einen Daten- und Programmspeicher und eine Re¬ cheneinheit, in der Programme zum Steuern der Brennkraftma¬ schine während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbei¬ tet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 46, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 48 erfasst, ein Drossel¬ klappenstellungssensor 52, welcher einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 erfasst, ein Temperatursensor 54, welcher ei¬ ne Ansauglufttemperatur erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 58, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein Nocken- wellenwinkelsensor 58 vorgesehen, welcher einen Nockenwellen¬ winkel erfasst. Falls zwei Nockenwellen vorhanden sind ist bevorzugt jeder Nockenwelle ein eigener Nockenwellenwinkel- sensor zugeordnet. Ferner ist eine Abgassonde 62 vorgesehen, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und de- 200411636
ren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in dem Zylinder Zl. Darüberhinaus ist ein Kraft- stoffdrucksensor 42 vorgesehen, mittels dessen ein Kraft¬ stoffdruck FUP_AV in dem KraftstoffSpeicher 38 ermittelt wird.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Un¬ termenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Stellglieder der Brennkraftmaschine sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die Ventilhub-Verstelleinrichtung 19, die Phasen- Verstelleinrichtung 20, das Einspritzventil 22 oder die Zünd¬ kerze 23.
Neben dem Zylinder Zl sind bevorzugt auch noch weitere Zylin¬ der Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder gegebenenfalls entsprechende Sensoren zugeordnet sind.
Ein Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine ist in dem Programmspeicher der Steuervorrichtung 44 gespeichert und kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden. Das Programm wird in einem Schritt Sl (Figur 2) ge¬ startet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert wer¬ den. Der Start erfolgt bevorzugt zeitnah zu dem Motorstart.
In einem Schritt S2 wird geprüft, ob eine Differenz eines einzustellenden Kraftstoffdrucks FUP_SP und eines ermittelten Kraftstoffdrucks FUP_AV größer ist als ein Schwellenwert FUP_THD, der geeignet vorgegeben ist. Der Schwellenwert FUP_THD ist bevorzugt so vorgegeben, dass er repräsentativ 200411636
ist für einen Kraftstoffdruckabfall, der auf einen Fehler in der Kraftstoffzuführeinrichtung 26 hinweist. Er wird so be¬ vorzugt abhängig von einem Fördervolumen der Hochdruckpumpe und/oder einer Kraftstofftemperatur und/oder der Drehzahl vorgegeben. Alternativ können in dem Schritt S2 auch ein Quo¬ tient des einzustellenden Kraftstoffdruck FUP_SP und des er¬ mittelten Kraftstoffdruck FUP_AV berechnet werden und mit dem Schwellenwert FUP_THD verglichen werden. Alternativ kann in dem Schritt S2 auch geprüft werden, ob ein Integral der Dif¬ ferenz des einzustellenden Kraftstoffdrucks FUP_SP und des ermittelten Kraftstoffdrucks FUP_AV größer ist als der Schwellenwert FUP_THD, der dann ebenfalls geeignet vorgegeben ist. Darüber kann in dem Schritt S2 auch geprüft werden, ob der ermittelte Kraftstoffdruck FUP_AV einen weiteren Schwel¬ lenwert unterschreitet.
Ist die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem das Pro¬ gramm bevorzugt für eine vorgegebene Wartezeitdauer oder ei¬ nen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel unterbrochen wird, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S6 fortgesetzt. In einer al¬ ternativen Ausgestaltung des Programms kann auch auf den Schritt S2 verzichtet sein und die Bearbeitung direkt in dem Schritt S6 fortgesetzt werden.
In dem Schritt S6 wird eine Zylindersegmentzeitdauer T_SEG ermittelt. Die Zylindersegmentzeitdauer kann einfach abhängig von der Drehzahl N und der Anzahl der Zylinder Zl - Z4 ermit¬ telt werden. Im Falle einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit vier Zylindern kann sie aus einem Quotienten eines Kehrwerts 200411636
der halben Drehzahl N und der Anzahl der Zylinder ermittelt werden.
In einem anschließenden Schritt S8 wird eine maximal in den jeweiligen Zylinder Zl - Z4 pro Arbeitsspiel zumessbare Kraftstoffmasse MFF_MAX abhängig von der Zylindersegmentzeit¬ dauer T_SEG und dem ermittelten Kraftstoffdruck FUP_AV be¬ rechnet. Dies kann beispielsweise mittels eines vorab ermit¬ telten Kennfeldes oder auch mittels einer analytischen Bezie¬ hung erfolgen. Der Zusammenhang zwischen der maximal zumess¬ baren Kraftstoffmasse MFF_MAX und der Zylindersegmentzeitdau¬ er T_SEG und des ermittelten Kraftstoffdrucks FUP_AV ist be¬ vorzugt durch Versuche an einem Motorprüfstand oder auch durch Simulationen vorab ermittelt.
Durch die Abhängigkeit von der Zylindersegmentzeitdauer T_SEG kann sichergestellt werden, dass eine maximal zum Zumessen der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse MFF_MAX benötigte Zeitdauer auf jeden Fall nicht die Zylindersegmentzeitdauer T_SEG überschreitet. Auf diese Weise kann einfach die Wahr¬ scheinlichkeit deutlich verringert werden, dass der Kraft¬ stoffdruck, also der ermittelte Kraftstoffdruck FUP_AV uner¬ wünscht absinkt.
In einem Schritt SlO wird dann ein maximal erzeugbares Dreh¬ moment TQ_MAX abhängig von der maximal zumessbaren Kraft¬ stoffmasse MFF_MAX und einem einzustellenden Luft/Kraftstoff- Verhältnis LAM_SP ermittelt. Das einzustellende Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann beispielsweise fest vorgege¬ ben sein, wird bevorzugt jedoch von einer Funktion zum Steu¬ ern der Brennkraftmaschine von einer weiteren Funktion zum Steuern der Brennkraftmaschine während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermittelt. Alternativ kann beim Ermitteln 200411636
des maximal erzeugbaren Drehmoments auch ein Stellwert eines gegebenenfalls vorhandenen Lambdareglers berücksichtigt wer¬ den. Ferner können weitere Einflussgrößen hierbei berücksich¬ tigt werden.
In einem Schritt S12 wird anschließend ein angefordertes Drehmoment TQ_REQ eingelesen, das in einer weiteren Funktion der Brennkraftmaschine bevorzugt unter anderem abhängig von der Fahrpedalstellung des Fahrpedals 48 und gegebenenfalls weiteren Drehmomentanforderungen u.a. von Aggregaten, wie ei¬ nem Getriebe, ermittelt wird.
In einem Schritt S14 wird geprüft, ob das angeforderte Dreh¬ moment TQ_REQ größer ist als das maximal erzeugbare Drehmo¬ ment TQ_MAX.
Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt S16 ein in dem jeweiligen Zylinder Zl - Z4 einzustellender Luftmassen¬ strom MAF_CYL abhängig von dem angeforderten Drehmoment TQ_REQ ermittelt. Der in dem jeweiligen Zylinder einzustel¬ lende Luftmassenstrom MAF_CYL entspricht der Luftmasse, die pro Arbeitsspiel in den jeweiligen Zylinder Zl - Z4 strömt.
In einem Schritt S18 wird ein Stellsignal S_IM für mindestens eines der Stellglieder zum Einstellen der Luftmasse ermittelt und zwar abhängig von dem einzustellenden Luftmassenstrom MAF_CYL. Ferner wird in dem Schritt S18 ein Stellsignal S_INJ zum Ansteuern des Einspritzventils 22 ermittelt und zwar ab¬ hängig von dem einzustellenden Luftmassenstrom MAF_CYL in den Zylinder und dem einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP in dem Zylinder, gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Stellwertes des Lambdareglers. 200411636
Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortge¬ setzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S14 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S20 der einzustellende Luftmassenstrom MAF_CYL abhängig von der maximal in den jeweiligen Zylinder Zl - Z4 pro Arbeitsspiel zumessbaren Kraftstoffmasse MAF_MAX und dem einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt.
In einem Schritt S22 wird anschließend mindestens ein Stell¬ signal S_IM für das mindestens eine Stellglied zum Einstellen der Luftmasse ermittelt abhängig von dem einzustellenden Luftmassenstrom MAF_CYL. In diesem Zusammenhang erfolgt das Ermitteln des oder der Stellsignale S_IM für die Stellglieder zum Einstellen der Luftmasse bevorzugt derart, dass der Rest¬ gasanteil in dem Zylinder vor der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches minimiert wird, um so ein Erzeugen eines möglichst hohen Drehmoments gewährleisten zu können. Ferner wird das Stellsignal S_INJ zum Ansteuern des Ein¬ spritzventils 22 ermittelt und zwar abhängig von der maximal in den Zylinder pro Arbeitsspiel zumessbaren Kraftstoffmasse MFF_MAX. Anschließend wird das Programm in dem Schritt S4 fortgesetzt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn alternativ zu dem Schritt S8 ein Schritt S24 durchgeführt wird, in dem die maximal zu¬ messbare Kraftstoffmasse MFF_MAX abhängig von der Zylinder¬ segmentzeitdauer T_SEG, dem ermittelten Druck FUP_AV und zu¬ sätzlich abhängig von einem Gradienten FUP_GRD des Kraft¬ stoffdrucks ermittelt wird. Auf diese Weise kann einfach ein weiterer unerwünschter Druckabfall des Kraftstoffdrucks ver¬ hindert werden.

Claims

200411636Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit min¬ destens einem Stellglied zum Einstellen einer Luftmasse in einen Zylinder (Zl - Z4) und mit einem Einspritzventil (22) zum Zumessen von Kraftstoff, dem Kraftstoff über eine Kraft¬ stoffzuführeinrichtung (26) zugeführt wird, bei dem
- eine maximal in den Zylinder (Zl - Z4) pro Arbeitsspiel zu¬ messbare Kraftstoffmasse (MFF_MAX) ermittelt wird,
- abhängig von der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MF_MAX) ein maximal erzeugbares Drehmoment (T_MAX) ermittelt wird,
- ein einzustellender Luftmassenstrom (MAF_CYL) abhängig von einem einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_SP) und der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) ermittelt wird und durch entsprechendes Ansteuern des mindestens einen Stellglieds zum Einstellen der Luftmasse eingestellt wird und das Einspritzventil (22) im Sinne der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) angesteuert wird, wenn ein angefor¬ dertes Drehmoment (TQ_REQ) größer oder gleich dem maximal er¬ zeugbaren Drehmoment (TQ_MAX) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die maximal zumessbare Kraftstoffmasse (MFF_MAX) ab¬ hängig von einer Zylindersegmentzeitdauer (T_SEG) und einem Kraftstoffdruck (FUP_AV) ermittelt wird, der dem Einspritz¬ ventil (22) zugeführt wird, wobei der Kraftstoffdruck (FUP_AV) in einer Einheit zum Ermitteln des Drucks des Kraft¬ stoffs ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, 200411636
bei dem die maximal zumessbare Kraftstoffmasse (MFF_MAX) ver¬ ringert wird abhängig von einem Gradienten (FUP_GRD) des Kraftstoffdrucks .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Stellglied zum Einstellen der Luftmasse im Sinne eines Minimierens eines Restgasanteils in dem Zylinder (Zl - Z4) angesteuert wird, wenn das angeforder¬ te Drehmoment (TQ_REQ) größer oder gleich dem maximal erzeug¬ baren Drehmoment (TQ_MAX) ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren gestartet wird, wenn der Kraftstoff¬ druck (FUP_AV) absolut oder relativ zu dem einzustellenden Kraftstoffdruck (FUP_SP) um einen Schwellenwert (FUP_THD) kleiner ist.
6. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit min¬ destens einem Stellglied zum Einstellen einer Luftmasse in einen Zylinder (Zl - Z4) und mit einem Einspritzventil (22) zum Zumessen von Kraftstoff, dem Kraftstoff über eine Kraft¬ stoffzuführeinrichtung (26) zugeführt wird, wobei die Vor¬ richtung ausgebildet ist zum
- Ermitteln einer maximal in den Zylinder (Zl - Z4) pro Ar¬ beitsspiel zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) ,
- Ermitteln eines maximal erzeugbaren Drehmoments (T_MAX) ab¬ hängig von der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MF_MAX) ,
- Ermitteln eines einzustellenden Luftmassenstroms (MAF_CYL) abhängig von einem einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis
(LAM_SP) und der maximal zumessbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) und Einstellen durch entsprechendes Ansteuern des mindestens einen Stellglieds zum Einstellen der Luftmasse und Ansteuern des Einspritzventils (22) im Sinne der maximal zu- 200411636
messbaren Kraftstoffmasse (MFF_MAX) , wenn ein angefordertes Drehmoment (TQ_REQ) größer oder gleich dem maximal erzeugba¬ ren Drehmoment (TQ_MAX) ist.
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