WO2007071499A1 - Verfahren zur steuerung eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2007071499A1
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pilot injection
injection
pilot
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PCT/EP2006/068511
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Jens Damitz
Matthias Schueler
Christian Mader
Michael Kessler
Vincent Dautel
Arvid Sievert
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine having at least one combustion chamber, is injected in the fuel for combustion by at least a first pilot injection and a main injection, combustion characteristics are detected, which depend on an injected fuel quantity, and an effect of the first pilot injection of the detected combustion features is determined. Moreover, the invention relates to a method executing the control device according to the preamble of claim 10th
  • signals from a structure-borne noise sensor system coupled to the internal combustion engine are used as combustion features on the grounds that there is a simple relationship between a noise emission and a fuel quantity of a pilot injection.
  • the signal of the structure-borne noise sensor is detected and filtered in at least one first crankshaft angle range (measurement window) associated with the pilot injection and in at least one second crankshaft angle range associated with a main injection.
  • the pilot injection quantities are set over activation periods of electrically controllable injectors. Due to tolerances and aging (drift) of components of the injection system, an actual relationship between injection quantity and actuation time deviates from a relationship that is stored, for example, in an injector characteristic map. As a result, a deterioration of emissions (exhaust and noise) may result. This is true in
  • a pressure wave induced by the injection affects the subsequent injections.
  • these pressure waves can be corrected so well with the aid of fixed correction values determined on a test bench that almost no disturbing effects on the main injection result.
  • Pre-injections often burn in a very narrow angle range, so that their effect in cylinder pressure and especially in structure-borne noise is not clearly separated.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned in that an effect of a second pilot injection is determined from a comparison of combustion characteristics, which were determined with activated and deactivated second pilot injection.
  • this task is characterized by the characterizing Characteristics of claim 11 solved.
  • each of the first and second pilot injections is understood to be time-separated injections which belong to the same power stroke.
  • the first pilot injections of an injection pattern the first
  • Pre-injection may also be the second or third pre-injection of the sample. It is only important that it is before the second pilot injection.
  • the second pilot injection may also be separated from the first pilot injection by at least one further pilot injection. It is only important that it lies after the first pre-injection.
  • the invention is based on the recognition that the sound of several pilot injections in a first approximation as a superposition of the individual
  • Burns can be treated.
  • the comparison therefore provides a difference that can be associated with an effect of the second pilot injection.
  • the effect increases in each case with an increasing amount of injected fuel.
  • the effect consists in particular of heat release, an increase in pressure in the combustion chamber and an emission of
  • Combustion noise The term of the effect is also used below as a synonym for the amount of fuel injected.
  • the invention thus allows a cylinder or brennraum- individual adjustment of fuel quantities, with second pilot injections or
  • Sums of first and second pilot injections of at least two pilot injections having injection pattern can be dosed.
  • the correction refers both to an injector drift (hydraulic drift) and to a correction of influences of pressure waves.
  • the method also has the advantage that the correction is already available from new condition over the entire life of the vehicle.
  • the method therefore compensates for both nominal tolerances and aging drifts.
  • By a correspondingly adapted frequency of correction influences of fuel temperatures can also be corrected.
  • Fig. 1 is a technical environment of the invention
  • FIG. 2 shows an injection pattern with two pilot injections and a main injection
  • FIG. 3 shows images of such injection patterns in a course of processed combustion features over an angular range
  • Fig. 4 qualitatively a change in combustion characteristics Changes in a pilot injection
  • Fig. 5 is a control loop for the correction of pilot injections.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 with at least one combustion chamber 12, an injector 14, a fuel pressure accumulator 15, combustion feature sensors 16 and / or 18, a fuel pressure sensor 19, an angle sensor 20 on a component 22, which is synchronous with working cycles of the internal combustion engine 10 rotates, a driver request generator 21 and a control unit 24.
  • the combustion chamber 12 is movably sealed by a piston 26 which is connected via a crank mechanism 28 to the component 22.
  • a component 22 is non-rotatably connected to a crankshaft of the internal combustion engine.
  • it may be connected in another embodiment, for example, with a camshaft of the engine 10.
  • real internal combustion engines 10 have further components, for example gas exchange valves and associated actuators for controlling a change of fillings of the combustion chamber 12, which are not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • control unit 24 outputs control signals in the form of pulse widths for pre-injections VE1, VE2, a main injection HE and optionally further partial injections of an injection pattern, with the fuel for combustion in the combustion chamber
  • the combustion feature sensor 16 is a combustion chamber pressure sensor, while the alternative or supplementary combustion feature sensor 18 is a structure-borne sound sensor. Both sensors 16, 18 deliver base values or raw values VM_B of combustion features to the control unit 24, respectively.
  • the angle sensor 20 in the embodiment of FIG. 1 provides a crankshaft Angle information ° KW as information about the position of the piston 26 in his work cycle. It is understood that this information can be derived not only from the crankshaft angle information, but also, for example, from a camshaft angle information. From the angle signal can still be derived information about the speed n of the engine.
  • the driver's request FW represents a measure of a torque request by the driver and is detected, for example, as accelerator pedal position.
  • FIG. 2 illustrates a typical injection pattern 30, as shown in the context of FIG.
  • a drive signal AS for the injector 14 from FIG. 1 is plotted over the crankshaft angle ° KW.
  • the injector 14 is closed, while it is opened by the pulses VEl, VE2 and HE for injection of fuel.
  • the pulses VE1 and VE2 correspond to the aforementioned pilot injections and the pulse HE corresponds to the said main injection.
  • the value of 180 ° KW corresponds to the top dead center OT of the movement of the piston 26 between the compression stroke and the power stroke.
  • the beginning of the main injection HE is in passenger cars up to 15 ° before TDC.
  • the pilot injections are also in a narrow angular range before TDC.
  • the pressure and temperature level prevailing in the combustion chamber 12 at the time of the main injection is increased, which shortens the so-called ignition delay, ie the time between the beginning of the main injection and the beginning of the combustion of the injected fuel.
  • the combustion noise recorded by the structure-borne sound sensor 18 decreases.
  • FIG. 3 illustrates how effects of such injection patterns in a history of processed combustion features VM_V over one
  • Map crankshaft angle range Map crankshaft angle range.
  • the processed combustion features VM_V are derived from the base values VM_B by filtering as described in the aforementioned DE 103 05 656 broad and therefore familiar to the expert.
  • the curves 32 and 34 of the processed combustion features VM_V result for injection patterns 30 with different distribution of a total amount of fuel to be injected to the three partial injections VE1, VE2 and HE.
  • the amount of fuel injected with the first pilot injection VE1 has been kept constant, while the quantities of fuel M_VE2 and M_HE injected with the second pilot injection VE2 and the main injection HE have been varied in a complementary manner.
  • the amount of fuel M VE2 injected with the second pilot injection is small. Essentially, one sees only the combustion feature of VEl and a comparatively large combustion feature of the main injection HE. The size of the
  • HE combustion characteristic of HE indicates a comparatively large combustion noise and / or a steep pressure increase in the combustion chamber 12 as an effect of HE. Both result from a relatively poor preconditioning of the combustion due to a small or missing amount M_VE2.
  • M_VE2 is larger, which leads to a better preconditioning and thus to a lower combustion noise of the quantity V_HE.
  • the larger pre-injection amount M_VE2 is also formed in a larger combustion feature of the pilot injections.
  • the first and the second pilot injection can not be resolved in the course of the combustion feature 34, ie can not be separated from one another.
  • Fig. 4 shows qualitatively a curve 36 of a further processed
  • Combustion feature VM_VE12 over a drive duration AD of the injection valve 14 for the second pilot injection VE2 in microseconds constant first pre-injection VEl.
  • combustion feature VM_VE12 results qualitatively as a quotient of two surfaces from FIG. 3, wherein the area in the counter is below the peak of FIG.
  • VM VE12 represents a measure of the sum of the two pilot injections VE1 and VE2 normalized to the area under the peak of the main injection as a reference combustion feature.
  • a combustion feature VM_VE1 results as a normalized variable for the case of a deactivated second pilot injection VE2.
  • the increasing profile of VM_VE12 in FIG. 4 reflects the rise in the peak of the pilot injections as the peak of the main injection decreases.
  • FIG. 5 shows a control loop for correcting pilot injections VE1, VE2, which comprises the internal combustion engine 10, at least one combustion feature sensor 16 and / or 18, and the control unit 24.
  • the control unit 24 has, inter alia, a base value transmitter 38, which provides basic values ADVE (activation_predetermined pilot injection) for activation periods for pilot injections VE1, VE2 as a function of operating parameters of the internal combustion engine 10.
  • the basic value transmitter 38 is, for example, a characteristic map which has values of rotational speed n, driver request FW and possibly further operating parameters of the engine
  • the base value ADVE is in a link 40 with a correction value d_AD
  • the linkage can be multiplicative or additive depending on the generation of d_AD.
  • the injector 14 is driven, which leads, for example, to the first pilot injection VE1 or the second pilot injection VE2.
  • the combustion characteristics resulting from the combustion are detected by the combustion feature sensor 16 and / or 18 as base values VM_B and transferred to a block 42 of the control unit 24, which represents signal conditioning and filtering.
  • the detection of the basic values VM_B of combustion features takes place in defined subregions of a working cycle of the internal combustion engine 10, which can be defined for example over specific crankshaft angle ranges. The subregions are thereby preferably selected such that a first subarea contains the peak of the preinjections and a further subarea contains the peak of the subinjections
  • the baseline values become the processed combustion features through filtering, accumulation, and possibly multi-cycle averaging and the above normalization
  • the processed combustion features VM_V are standardized in particular to reference combustion characteristics, wherein the reference combustion feature can alternatively be derived from a pressure or noise curve of the main injection HE or a background pressure or background noise curve.
  • the block 42 Depending on whether the internal combustion engine 10 is operated with activated or deactivated second pilot injection VE2, the block 42 provides actual values
  • VM_VEl_ist (VE2 deactivated) or VM_VE12_ist (VE2 activated). From these actual values, in block 44, an actual value VM VE2 is calculated as the difference of Actual values VM_VEl_ist and VM_VE12_is determined:
  • VM_VE2_ist VM_VE12_ist - VM_VEl_ist
  • VE2 determined from a difference of the combustion characteristics VM_VE12_ist, VM_VEl_ist, which were determined with activated and deactivated second pilot injection.
  • Pre-injection VE2 from a setpoint for the sum of the first and second pilot injection and the first pilot injection formed.
  • VM_VE2_soll VM_VE12_soll - VM_VEl_soll
  • combustion feature VM_VE2_soll corresponds, with the exception of a normalization factor, to the difference surface between the peaks of the pilot injections of the curves 32 and 34 in FIG. 3.
  • a control deviation d_VM_VE2 which serves as input to a controller 46.
  • the controller 46 outputs as a manipulated variable the already mentioned correction value d_AD, with which the base value provided by the basic value transmitter 38 for the second pilot injection VE2 is corrected.
  • d_AD the already mentioned correction value
  • the amount of fuel metered with the second pilot injection is set in a closed loop to a desired value.
  • This control intervention on the second pilot injection is thus based on a comparison of combustion characteristics, which were determined with activated and deactivated second pilot injection.
  • the method is performed only when the actual value VM_VEl_is has been adjusted to the setpoint VM_VEl_soll. This compensation is also carried out in the control loop of FIG. 5.
  • a correction value for the first pilot injection is determined with deactivated second pilot injection by comparing an actual value with a desired value and by comparing a control deviation and a manipulated variable as
  • Correction value is formed. This correction value is then linked to a base value for the first pilot injection. It is also preferable that this correction value is used in addition to the correction of a base value for the second pilot injection. It then serves as a sort of starting value for the further described control intervention on the second pilot injection. This speeds up the settling of the control.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (10) mit wenigstens einem Brennraum (12), in den Kraftstoff für eine Verbrennung durch wenigstens eine erste Voreinspritzung (VE1) und eine Haupteinspritzung (HE) eingespritzt wird, Verbrennungsmerkmale (VM_B) erfasst werden, die von einer eingespritzten Kraftstoffmenge abhängen, und eine Wirkung der ersten Voreinspritzung (VE1) dosierte Kraftstoffmenge aus den erfassten Verbrennungsmerkmalen (VM_B) ermittelt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Wirkung einer zweiten Voreinspritzung (VE2) aus einem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen (VM_VE1 ist, VM_VE12_ist) bestimmt wird, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden. Ferner wird ein Steuergerät vorgestellt, welches das Verfahren steuert.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einem Brennraum, in den Kraftstoff für eine Verbrennung durch wenigstens eine erste Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung eingespritzt wird, Verbrennungsmerkmale erfasst werden, die von einer eingespritzten Kraftstoffmenge abhängen, und eine Wirkung der ersten Voreinspritzung aus den erfassten Verbrennungsmerkmalen ermittelt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein das Verfahren ausführendes Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 103 05 656 Al bekannt. Nach dieser Schrift werden Signale einer mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Körperschallsensorik mit der Begründung als Verbrennungsmerkmale benutzt, dass zwischen einer Geräuschemission und einer Kraftstoffmenge einer Voreinspritzung ein einfacher Zusammenhang bestehe. Zur Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird das Signal der Körperschallsensorik jeweils in wenigstens einem ersten Kurbelwellenwinkelbereich (Messfenster), der der Voreinspritzung zugeordnet ist, sowie in wenigstens einem zweiten Kurbelwellenwinkelbereich, der einer Haupteinspritzung zugeordnet ist, erfasst und gefiltert.
Abhängig von den bei der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmengen ergibt sich ein bestimmtes Muster von Verbrennungsmerkmalen, aus dem durch Vergleich mit Referenzmustern auf die Einspritzzeitpunkte und Einspritzmengen geschlossen werden kann, so dass die Voreinspritzung in einer geschlossenen Schleife korrigiert werden kann. In der DE 103 05 656 wird dieses Verfahren am Beispiel eines Einspritzmusters aus einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung vorgestellt. Es soll aber auch bei beliebigen Kombinationen von einer ersten Teileinspritzung und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung einsetzbar sein, wobei die DE 103 05 656 an anderer Stelle Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und Nacheinspritzungen erwähnt.
Über die DE 103 05 656 hinaus ist eine Nutzung von Körperschallsensoren zur Regelung bei Ottomotoren bereits seit Jahren in Serie, zum Beispiel zur Klopfregelung. Bei Dieselmotoren sind bisher nur Systeme mit Körperschall- Regelung auf dem Markt, die eine Voreinspritzung pro Verbrennung korrigieren.
Um das Verbrennungsgeräusch zu verbessern wird von Fahrzeugherstellern zunehmend eine Realisierbarkeit von zwei Voreinspritzungen pro Verbrennung gefordert.
Die Voreinspritzmengen werden dabei über Ansteuerdauern von elektrisch steuerbaren Injektoren eingestellt. Durch Toleranzen und Alterung (Drift) von Komponenten des Einspritzsystems weicht ein tatsächlicher Zusammenhang zwischen Einspritzmenge und Ansteuerdauer von einem Zusammenhang ab, der zum Beispiel in einem Injektor- Kennfeld abgelegt ist. Als Folge kann sich eine Verschlechterung der Emissionen (Abgas und Geräusch) ergeben. Dies gilt im
Besonderen für Änderungen der Voreinspritzmengen.
Zusätzlich zu einer Drift der Injektoren beeinflusst eine durch die Einspritzung ausgelöste Druckwelle die nachfolgenden Einspritzungen. Im Betrieb mit einer einzigen Voreinspritzung pro Verbrennung können diese Druckwellen mit Hilfe von festen, an einem Prüfstand ermittelten Korrekturwerten so gut korrigiert werden, dass sich fast keine störenden Auswirkungen auf die Haupteinspritzung ergeben.
Bei Systemen mit zwei Voreinspritzungen pro Verbrennung ergeben sich jedoch aufgrund einer von der ersten Voreinspritzung ausgelösten Druckwelle im Kraftstoffsystem große Ungenauigkeiten bei der zweiten Voreinspritzung. Eine
Korrektur dieser Ungenauigkeiten mit fest vorgegebenen Korrekturwerten ist nicht ausreichend genau genug, da der Effekt von vielen Einflussgrößen wie der Kraftstofftemperatur, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstoffqualität abhängt, die mit akzeptablem Aufwand nicht berücksichtigt werden können.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer verbesserten Korrektur der Ungenauigkeiten einer zweiten Voreinspritzung. Bei Versuchen mit dem aus der DE 103 05 656 bekannten Verfahren hat sich gezeigt, dass die Wirkungen mehrerer aufeinander folgender Voreinspritzungen im Körperschallsignal nicht klar voneinander trennbar ist. Dies liegt wohl daran, dass mehrere
Voreinspritzungen häufig in einem sehr engen Winkelbereich verbrennen, so dass ihre Wirkung im Zylinderdruck und besonders im Körperschall nicht klar voneinander zu trennen ist.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines
Verfahrens, mit dem sich auch eine zweite Voreinspritzung mit verbesserter Genauigkeit im Betrieb des Verbrennungsmotors korrigieren lässt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Wirkung einer zweiten Voreinspritzung aus einem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen ermittelt wird, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden. Mit Blick auf ein Steuergerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
Dabei werden unter ersten und zweiten Voreinspritzungen jeweils zeitlich getrennte Einspritzungen verstanden, die zu demselben Arbeitstakt gehören. Bei mehr als zwei Voreinspritzungen eines Einspritzmusters kann die erste
Voreinspritzung auch die zweite oder dritte Voreinspritzung des Musters sein. Wesentlich ist nur, dass sie vor der zweiten Voreinspritzung liegt. Außerdem kann die zweite Voreinspritzung auch durch wenigstens eine weitere Voreinspritzung von der ersten Voreinspritzung getrennt sein. Wesentlich ist nur, dass sie nach der ersten Voreinspritzung liegt.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass das Geräusch mehrerer Voreinspritzungen in erster Näherung als Superposition der einzelnen
Verbrennungen behandelt werden kann. Der Vergleich liefert daher einen Unterschied, der einer Wirkung der zweiten Voreinspritzung zugeordnet werden kann. Dabei steigt die Wirkung jeweils mit einer ansteigenden eingespritzten Kraftstoffmenge an. Die Wirkung besteht insbesondere aus einer Wärmefreisetzung, einem Druckanstieg im Brennraum und einer Emission von
Verbrennungsgeräuschen. Der Begriff der Wirkung wird im Folgenden auch als Synonym für die eingespritzte Kraftstoff menge verwendet.
Die Erfindung erlaubt damit eine zylinder- oder brennraum- individuelle Anpassung von Kraftstoffmengen, die mit zweiten Voreinspritzungen oder
Summen von ersten und zweiten Voreinspritzungen eines wenigstens zwei Voreinspritzungen aufweisenden Einspritzmusters dosiert werden.
Durch den Vergleich der Verbrennungsmerkmale mehrerer Voreinspritzungen mit Messungen bei Abschaltung einzelner Voreinspritzungen können sowohl die
Kraftstoffmengen einzelner Voreinspritzungen als auch die gesamte Kraftstoffmenge mehrerer Voreinspritzungen korrigiert werden. Die Korrektur bezieht sich dabei sowohl auf eine Injektordrift (hydraulische Drift) als auch auf eine Korrektur von Einflüssen von Druckwellen.
Das Verfahren bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Korrektur bereits vom Neuzustand an über die gesamte Laufzeit des Fahrzeuges zur Verfügung steht.
Das Verfahren kompensiert daher sowohl Neuteiltoleranzen als auch Alterungsdriften. Durch eine entsprechend angepasste Häufigkeit der Korrektur können auch Einflüsse von Kraftstofftemperaturen korrigiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten
Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Fig. 1 ein technisches Umfeld der Erfindung;
Fig. 2 ein Einspritzmuster mit zwei Voreinspritzungen und einer Haupteinspritzung;
Fig. 3 Abbildungen solcher Einspritzmuster in einem Verlauf verarbeiteter Verbrennungsmerkmale über einem Winkelbereich;
Fig. 4 qualitativ eine Veränderung von Verbrennungsmerkmalen bei Änderungen einer Voreinspritzung; und
Fig. 5 eine Regelschleife zur Korrektur von Voreinspritzungen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Einzelnen zeigt die Fig. 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit wenigstens einem Brennraum 12, einem Injektor 14, einem Kraftstoffdruckspeicher 15, Verbrennungsmerkmalsensoren 16 und/oder 18, einem Kraftstoffdrucksensor 19, einer Winkelsensorik 20 an einem Bauteil 22, das sich synchron zu Arbeitsspielen des Verbrennungsmotors 10 dreht, einem Fahrerwunschgeber 21 und einem Steuergerät 24. Der Brennraum 12 wird von einem Kolben 26 beweglich abgedichtet, der über einen Kurbeltrieb 28 mit dem Bauteil 22 verbunden ist. Ein solches Bauteil 22 ist drehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Es kann jedoch in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden sein. Es versteht sich, dass reale Verbrennungsmotoren 10 noch weitere Komponenten, zum Beispiel Gaswechselventile und zugehörige Aktoren zur Steuerung eines Wechsel von Füllungen des Brennraums 12 aufweisen, die in der Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
Wesentlich für ein Verständnis der Erfindung ist jedoch, dass das Steuergerät 24 Ansteuersignale in Form von Impulsbreiten für Voreinspritzungen VEl, VE2, eine Haupteinspritzung HE und gegebenenfalls weitere Teileinspritzungen eines Einspritzmusters ausgibt, mit dem Kraftstoff für eine Verbrennung im Brennraum
12 zugemessen wird. Bei dem Verbrennungsmerkmalsensor 16 handelt es sich um einen Brennraumdrucksensor, während es sich bei dem alternativ oder ergänzend vorhandenen Verbrennungsmerkmalsensor 18 um einen Körperschallsensor handelt. Beide Sensoren 16, 18 liefern jeweils Basiswerte oder Roh-Werte VM_B von Verbrennungsmerkmalen an das Steuergerät 24.
Die Winkelsensorik 20 liefert in der Ausgestaltung der Fig. 1 eine Kurbelwellen- Winkelinformation °KW als Information über die Position des Kolbens 26 in seinem Arbeitsspiel. Es versteht sich, dass diese Information nicht nur aus der Kurbelwellen-Winkelinformation, sondern beispielsweise auch aus einer Nockenwellen-Winkelinformation abgeleitet werden kann. Aus dem Winkelsignal kann noch eine Information über die Drehzahl n des Verbrennungsmotors abgeleitet werden. Der Fahrerwunsch FW stellt ein Maß für eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer dar und wird zum Beispiel als Fahrpedalstellung erfasst.
Fig. 2 veranschaulicht ein typisches Einspritzmuster 30, wie es im Umfeld der Fig.
1 in vorbestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10 verwendet wird. Dabei ist in der Fig. 2 ein Ansteuersignal AS für den Injektor 14 aus der Fig. 1 über dem Kurbelwellenwinkel °KW aufgetragen. Bei niedrigen Werten des Ansteuersignals ist der Injektor 14 geschlossen, während er durch die Impulse VEl, VE2 und HE zur Einspritzung von Kraftstoff geöffnet wird. Die Impulse VEl und VE2 entsprechen den genannten Voreinspritzungen und der Impuls HE entspricht der genannten Haupteinspritzung. Der Wert von 180° KW entspricht dem oberen Totpunkt OT der Bewegung des Kolbens 26 zwischen dem Verdichtungstakt und dem Arbeitstakt. Der Beginn der Haupteinspritzung HE liegt bei Personenkraftwagen bis zu 15° vor OT. Die Voreinspritzungen liegen ebenfalls in einem engen Winkelbereich vor OT. Durch die noch im Verdichtungstakt erfolgenden Voreinspritzungen wird das im Brennraum 12 zum Zeitpunkt der Haupteinspritzung herrschende Druck- und Temperaturniveau erhöht, was den sogenannten Zündverzug, also die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Haupteinspritzung und dem Beginn der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs, verkürzt. Dadurch sinken insbesondere die mit dem Körperschallsensor 18 aufgenommenen Verbrennungsgeräusche.
Fig. 3 veranschaulicht, wie sich Wirkungen solcher Einspritzmuster in einem Verlauf verarbeiteter Verbrennungsmerkmale VM_V über einem
Kurbelwellenwinkel-Bereich abbilden. Dabei gehen die verarbeiteten Verbrennungsmerkmale VM_V aus den Basiswerten VM_B durch Filterungen hervor, wie sie in der eingangs genannten DE 103 05 656 breit beschrieben und daher dem Fachmann geläufig sind.
Die Verläufe 32 und 34 der verarbeiteten Verbrennungsmerkmale VM_V ergeben sich für Einspritzmuster 30 mit unterschiedlicher Verteilung einer gesamten einzuspritzenden Kraftstoffmenge auf die drei Teileinspritzungen VEl, VE2 und HE. Dabei ist jeweils die mit der ersten Voreinspritzung VEl eingespritzte Kraftstoffmenge konstant gehalten worden, während die mit der zweiten Voreinspritzung VE2 und der Haupteinspritzung HE eingespritzten Kraftstoffmengen M_VE2 und M_HE komplementär zueinander variiert wurden.
Im Fall des Verlaufs 32 ist die mit der zweiten Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge M VE2 klein. Man sieht im Wesentlichen nur das Verbrennungsmerkmal von VEl und ein vergleichsweise großes Verbrennungsmerkmal der Haupteinspritzung HE. Die Größe des
Verbrennungsmerkmals von HE zeigt ein vergleichsweise großes Verbrennungsgeräusch und/oder einen steilen Druckanstieg im Brennraum 12 als Wirkung der HE an. Beides ergibt sich als Folge einer vergleichsweise schlechten Vorkonditionierung der Verbrennung durch eine kleine oder fehlende Menge M_VE2.
Im Fall des Verlaufs 34 ist M_VE2 dagegen größer, was zu einer besseren Vorkonditionierung und damit zu einem niedrigeren Verbrennungsgeräusch der Menge V_HE führt. Die größere Voreinspritzmenge M_VE2 bildet sich außerdem in einem größeren Verbrennungsmerkmal der Voreinspritzungen ab. Allerdings ist ebenfalls ersichtlich, dass sich die erste und die zweite Voreinspritzung in dem Verlauf des Verbrennungsmerkmals 34 nicht auflösen lassen, also nicht voneinander trennen lassen.
Fig. 4 zeigt qualitativ einen Verlauf 36 eines weiter verarbeiteten
Verbrennungsmerkmals VM_VE12 über einer Ansteuerdauer AD des Einspritzventils 14 für die zweite Voreinspritzung VE2 in Mikrosekunden bei konstanter erster Voreinspritzung VEl.
Bei der Ausgestaltung, die mit einem Körperschallsensor 18 arbeitet, ergibt sich das Verbrennungsmerkmal VM_VE12 dabei qualitativ als Quotient von zwei Flächen aus der Fig. 3, wobei im Zähler die Fläche unter dem Peak der
Voreinspritzungen und im Nenner die Fläche unter dem Peak der Haupteinspritzung steht.
Mit anderen Worten: VM VE12 stellt insofern ein auf die Fläche unter dem Peak der Haupteinspritzung als Referenz-Verbrennungsmerkmal normiertes Maß für die Summe der beiden Voreinspritzungen VEl und VE2 dar. Analog ergibt sich ein Verbrennungsmerkmal VM_VE1 als normierte Größe für den Fall einer deaktivierten zweiten Voreinspritzung VE2. Der steigende Verlauf von VM_VE12 in der Fig. 4 spiegelt den Anstieg des Peaks der Voreinspritzungen bei abnehmendem Peak der Haupteinspritzung wider.
Bei der Ausgestaltung, die mit Brennraumdrucksensoren 16 arbeitet, entspricht das Verbrennungsmerkmal VM_VE12 einer durch die Summe beider Voreinspritzungen freigesetzten Wärmemenge. Diese Wärmemenge lässt sich allein aus dem Brennraumdrucksignal für die beiden Voreinspritzungen bestimmen. Dabei ist, im Gegensatz zur Auswertung von Körperschallsignalen, keine Normierung auf ein Referenz-Verbrennungsmerkmal erforderlich. Fig. 5 zeigt eine Regelschleife zur Korrektur von Voreinspritzungen VEl, VE2 die den Verbrennungsmotor 10, wenigstens einen Verbrennungsmerkmalsensor 16 und/oder 18, und das Steuergerät 24 aufweist. Das Steuergerät 24 weist unter anderem einen Basiswertgeber 38 auf, der Basiswerte ADVE (Ansteuerd_auer Voreinspritzung) für Ansteuerdauern für Voreinspritzungen VEl, VE2 als Funktion von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 10 bereitstellt. Der Basiswertgeber 38 ist zum Beispiel ein Kennfeld, das über Werte von Drehzahl n, Fahrerwunsch FW und gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern des
Verbrennungsmotors 10, wie dem Kraftstoffdruck p, adressiert wird. Der Basiswert ADVE wird in einer Verknüpfung 40 mit einem Korrekturwert d_AD verknüpft, wobei die Verknüpfung, je nach Erzeugung von d_AD, multiplikativ oder additiv sein kann.
Mit dem Ergebnis AD_VE_korr = AS der Verknüpfung wird der Injektor 14 angesteuert, was zum Beispiel zu der ersten Voreinspritzung VEl oder der zweiten Voreinspritzung VE2 führt. Die aus der Verbrennung resultierenden Verbrennungsmerkmale werden durch den Verbrennungsmerkmalsensor 16 und/oder 18 als Basiswerte VM_B erfasst und an einen Block 42 des Steuergeräts 24 übergeben, der eine Signalaufbereitung und Filterung repräsentiert. Die Erfassung der Basiswerte VM_B von Verbrennungsmerkmalen findet dabei in definierten Teilbereichen eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors 10 statt, die zum Beispiel über bestimmte Kurbelwellenwinkelbereiche definiert sein können. Die Teilbereiche werden dabei bevorzugt so gewählt, dass ein erster Teilbereich den Peak der Voreinspritzungen enthält und ein weiterer Teilbereich den Peak der
Hauteinspritzung enthält.
Im Block 42 werden die Basiswerte durch Filterungen, Betragsbildungen und gegebenenfalls durch eine über mehrere Arbeitsspiele erfolgende Mittelung und die oben genannte Normierung zu den verarbeiteten Verbrennungsmerkmalen
VM_V und weiter zu den weiter verarbeiteten Verbrennungsmerkmalen VM_VE1, VM_VE12 umgeformt. Bei der Umformung werden die verarbeiteten Verbrennungsmerkmale VM_V insbesondere auf Referenz- Verbrennungsmerkmale normiert, wobei das Referenz-Verbrennungsmerkmal alternativ aus einem Druck- oder Geräusch- Verlauf der Haupteinspritzung HE oder einem Hintergrund-Druck- oder Hintergrund-Geräusch-Verlauf abgeleitet werden kann.
Je nachdem, ob der Verbrennungsmotors 10 mit aktivierter oder deaktivierter zweiter Voreinspritzung VE2 betrieben wird, liefert der Block 42 Istwerte
VM_VEl_ist (VE2 deaktiviert) oder VM_VE12_ist (VE2 aktiviert). Aus diesen Istwerten wird im Block 44 rechnerisch ein Istwert VM VE2 ist als Differenz der Istwerte VM_VEl_ist und VM_VE12_ist ermittelt:
VM_VE2_ist = VM_VE12_ist - VM_VEl_ist
Durch dieses Verfahren wird also eine Wirkung einer zweiten Voreinspritzung
VE2 aus einer Differenz der Verbrennungsmerkmale VM_VE12_ist, VM_VEl_ist ermittelt, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden.
Anschließend wird, ebenfalls im Block 44, ein Sollwert für die zweite
Voreinspritzung VE2 aus einem Sollwert für die Summe aus erster und zweiter Voreinspritzung und erster Voreinspritzung gebildet.
VM_VE2_soll = VM_VE12_soll - VM_VEl_soll
Das Verbrennungsmerkmal VM_VE2_soll entspricht dann, bis auf einen Normierungsfaktor, der Differenzfläche zwischen den Peaks der Voreinspritzungen der Verläufe 32 und 34 in der Fig. 3.
Ausgehend von den bestimmten Werten VM_VE2_soll und VM_VE2_ist wird eine
Differenz dieser Werte als Regelabweichung d_VM_VE2 gebildet, die als Eingangsgröße für einen Regler 46 dient. Der Regler 46 gibt als Stellgröße den bereits erwähnten Korrekturwert d_AD aus, mit dem der vom Basiswertgeber 38 bereitgestellte Basiswert für die zweite Voreinspritzung VE2 korrigiert wird. Dadurch wird die mit der zweiten Voreinspritzung dosierte Kraftstoffmenge in einer geschlossenen Schleife auf einen Sollwert eingestellt.
Dieser Regeleingriff auf die zweite Voreinspritzung basiert damit auf einem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren erst durchgeführt, wenn der Istwert VM_VEl_ist auf den Sollwert VM_VEl_soll abgeglichen ist worden ist. Dieser Abgleich erfolgt ebenfalls in der Regelschleife der Fig. 5. Dazu wird ein Korrekturwert für die erste Voreinspritzung bei deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt, indem ein Istwert mit einem Sollwert verglichen wird und indem aus dem Vergleich eine Regelabweichung und daraus eine Stellgröße als
Korrekturwert gebildet wird. Dieser Korrekturwert wird dann mit einem Basiswert für die erste Voreinspritzung verknüpft. Bevorzugt ist auch, dass dieser Korrekturwert zusätzlich zur Korrektur eines Basiswerts für die zweite Voreinspritzung verwendet wird. Es dient dann gewissermaßen als Startwert für den weiter beschriebenen Regeleingriff auf die zweite Voreinspritzung. Dadurch wird das Einschwingen der Regelung beschleunigt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (10) mit wenigstens einem Brennraum (12), in den Kraftstoff für eine Verbrennung durch wenigstens eine erste Voreinspritzung (VEl) und eine Haupteinspritzung (HE) ein- gespritzt wird, Verbrennungsmerkmale (VM_B) erfasst werden, die von einer eingespritzten Kraftstoffmenge abhängen, und eine Wirkung der ersten Voreinspritzung (VEl) aus den erfassten Verbrennungsmerkmalen (VM_B) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkung einer zweiten Voreinspritzung (V E2) aus einem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen (VM_VEl_ist, VM_VE12_ist) bestimmt wird, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeleingriff (d_AD) auf die zweite Voreinspritzung (VE2) erfolgt, wobei der Regeleingriff (d_AD) auf dem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen (VM_B) basiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem auf die zweite Voreinspritzung (V E2) erfolgenden Regeleingriff (d_AD) eine Korrektur der ersten Voreinspritzung (VEl) erfolgt, für die ein Korrekturwert bei deaktivierter zweiter Voreinspritzung (VE2) in einer Regelschleife ermittelt und mit einem Basiswert (ADVE) für die erste Voreinspritzung (VEl) verknüpft wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (d_AD) zusätzlich zur Korrektur eines Basiswerts für die zweite Voreinspritzung (VE2) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Voreinspritzung (VE2) dosierte Kraftstoffmenge in einer geschlossenen Schleife auf einen Sollwert eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass Basiswerte (VM_B) von Verbrennungsmerkmalen in definierten Teilbereichen eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors erfasst werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass verarbeitete Verbrennungsmerkmale (VM_V) durch Filterung, Betragsbildung und über mehrere Arbeitsspiele erfolgende Mittelung aus den Basiswerten (VM_B) von Verbrennungsmerkmalen erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verarbeiteten Verbrennungsmerkmale (VM_V) auf Referenz-Verbrennungsmerkmale normiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswerte von Verbrennungsmerkmalen (VM_B) aus Signalen einer Körperschallsen- sorik (18) oder einer Brennraumdrucksensorik (16) gewonnen werden.
10. Steuergerät (24) eines Verbrennungsmotors (10), der wenigstens einen Brennraum (12) aufweist, in den Kraftstoff für eine Verbrennung durch we- nigstens eine erste Voreinspritzung (VEl) und eine Haupteinspritzung (HE) eingespritzt wird, wobei das Steuergerät (24) Verbrennungsmerkmale (VM B) verarbeitet, die von einer eingespritzten Kraftstoffmenge abhängen, und eine Wirkung der ersten Voreinspritzung (VEl) aus den erfassten Verbrennungsmerkmalen (VM_B) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (24) eine Wirkung einer zweiten Voreinspritzung
(VE2) aus einem Vergleich von Verbrennungsmerkmalen (VM_VEl_ist, VM_VE12_ist) bestimmt, die mit aktivierter und deaktivierter zweiter Voreinspritzung ermittelt wurden.
11. Steuergerät (24) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eines der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 9 ausführt.
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