WO2008080843A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2008080843A1
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combustion chamber
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chamber temperature
fuel
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Hong Zhang
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for controlling an internal combustion engine with self-ignition of the air / fuel mixture and metering of fuel via a fuel injection valve.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for controlling an internal combustion engine, which contributes to the low pollutant emissions are generated.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention relates to a method and a corresponding device for controlling an internal combustion engine with self-ignition of the air / fuel mixture and metering of fuel via a fuel injection valve.
  • an internal combustion engine with self-ignition of the air / fuel mixture and metering of fuel via a fuel injection valve.
  • diesel internal combustion engines is a self-ignition of the air / fuel mixture.
  • combustion methods for gasoline internal combustion engines are known with auto-ignition of the air / fuel mixture.
  • At least one injection parameter relating to the fuel metering is determined as a function of at least one operating variable of the internal combustion engine assuming a steady-state operating state.
  • a desired combustion chamber temperature for the stationary operating state is determined as a function of at least one of the operating variables of the internal combustion engine.
  • an actual combustion chamber temperature is determined as a function of a physical model for transient operation of the internal combustion engine as a function of the desired combustion chamber temperature and at least one of the operating variables of the internal combustion engine.
  • a physical model can be determined, for example, by tests, for example on a motor test stand, or also parameterized, for example, by means of corresponding simulations.
  • a correction value for the at least one injection parameter is determined as a function of the setpoint and the actual combustion chamber temperature.
  • the fuel injection valve is controlled as a function of the at least one injection parameter and the associated correction value.
  • combustion chamber temperature is a particularly characteristic measure and, by simply determining the desired combustion chamber temperature and the actual combustion chamber temperature and the determination of the correction value dependent thereon, particularly effective reduction of the pollutant emissions and also of the consumption in the stationary operation is possible.
  • an advantageous acoustics can thus be maintained during the combustion even during the transient operating state.
  • the setpoint and also the actual combustion chamber temperature are preferably characteristic of the temperature in the combustion chamber at a predetermined crankshaft angle within a working cycle of an internal combustion engine. They are particularly characteristic of a maximum temperature within the respective working cycle.
  • the target combustion chamber temperature is determined depending on an air mass flow and / or a rotational speed and / or a torque to be set. This is particularly simple and nevertheless allows a sufficiently precise determination of the combustion chamber temperature which is characteristic of steady-state operation.
  • the physical model comprises a filter.
  • the filter is a first-order filter. This can be implemented particularly computationally simple and it has also surprisingly been found that a filter of the first order, in particular a PTI filter, very well models the actual course of the actual combustion chamber temperature during the transient operating state.
  • the filter time constant is determined as a function of the air mass flow. In this way, the actual combustion chamber temperature can be determined particularly precisely.
  • the injection parameter is a crankshaft-related position of an injection to be made.
  • the injection parameter is a crankshaft-related position of a pre-injection to be made, since a start of combustion of the air-fuel mixture relative to a main injection can thus be influenced in a particularly targeted manner.
  • the injection parameter is a crankshaft-related position of a main injection to be made.
  • a combustion focus and thus a combustion chamber temperature can be adjusted in a particularly precise manner.
  • the injection parameter is a fuel mass to be metered. In this way, simply a favorable torque curve can be realized.
  • the injection parameter is a pilot injection. It has in this regard shown that the pollutant emissions are significantly influenced by the pilot injection. Furthermore, it is also very advantageous in this context if the injection parameter is a main injection mass. In this way, a favorable torque curve can be realized particularly precisely.
  • 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 (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 5, which also projects in an internal combustion engine with self-ignition of the air / fuel mixture, for example - Can be used in part in connection with a Abgasruckbowung or a Tankentluftungssystem.
  • the intake manifold 1 further preferably comprises a collector 6 and a suction pipe 7, which is guided toward a cylinder Z 1 via an intake passage in the engine block 2.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the piston 11 of the cylinder Zl.
  • the cylinder head 3 comprises a valve drive with a gas inlet valve 12 and a gas outlet valve 13.
  • the cylinder head 3 further comprises a fuel injection valve 18, by means of which fuel can be metered into the combustion chamber of the cylinder Z1.
  • an exhaust gas catalyst 21 is preferably arranged in the exhaust tract 4.
  • a particulate filter can also be arranged in the exhaust gas tract.
  • a Abgasruckbowung is preferably provided, which is adapted to recirculate exhaust gas from the exhaust tract 4 into the intake tract 1.
  • an exhaust gas turbocharger is preferably also provided.
  • a control device 25 is provided for the internal combustion engine, which sensors are assigned, which detect the measured variables and each determine the value of the measured variable. Company sizes include not only the measured sizes but also derived from these large.
  • the control device 25 determines dependent on at least one of the operating variables BG manipulated variables, which are then recognized in one or more control signals SG for controlling the actuators by means of appropriate actuators.
  • the control device 25 may also be referred to as a device for controlling the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor 26, which detects an accelerator pedal position of an accelerator pedal 27, an air mass sensor 28, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 5 in the intake tract, a first temperature sensor 32, which detects an intake air temperature, a crankshaft angle sensor 36, which crankshaft angle detected, which then a speed N is assigned. Further, a second temperature sensor 38 is provided, which detects a coolant temperature or a fuel temperature. Depending on the embodiment, any subset of said sensors may be present or additional sensors may also be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 5, the gas inlet and outlet valves 12, 13, and the fuel injection valve 18.
  • cylinders Z2 to Z4 are preferably also provided, to which corresponding actuators and, if appropriate, sensors are then assigned.
  • the internal combustion engine may have any number of cylinders Zl to Z4.
  • a program for controlling the internal combustion engine is stored in a memory of the control device 25 and is preferably started in a timely manner to a start of the internal combustion engine in a step Sl ( Figure 2). If necessary, variables are initialized in step S1.
  • a step S2 it is checked whether the internal combustion engine is in an operating state BZ, which is an instar- oner operating state BZ INST.
  • the internal combustion engine is in particular in the transient operating state BZ_INST when one or more relevant operating variables have a predetermined minimum dynamics.
  • such an unsteady operating state BZ INST can be taken when the desired torque to be generated by the internal combustion engine has a predetermined dynamic, for example, caused by a manipulation of the accelerator pedal 27 by a driver.
  • step S4 the processing is continued in a step S4 in which the program remains for a predeterminable waiting time TW or also a corresponding crankshaft angle before the processing is continued again in step S2.
  • step S4 The dwell time in step S4 is chosen so that the step S2 is suitably processed frequently, so for example once per cylinder segment of the internal combustion engine, so in a four-stroke internal combustion engine with four cylinders, every 180 ° crankshaft angle. If, on the other hand, the condition of step S2 is met, an injection parameter is determined as a function of at least one operating variable BG in a step S6. In step S6, for example, an injection start SOI and / or an injection end EOI are determined as a function of the at least one operating variable.
  • the operating variable BG may, for example, comprise the desired torque TQI_SP to be set by the internal combustion engine, the rotational speed N and / or the temperatures detected by the first temperature sensor 32 and / or second temperature sensor 38 or else further operating variables.
  • the assignment rule for determining the start of injection SOI and the end of injection EOI is predetermined for a stationary operating state of the internal combustion engine and is preferably determined empirically, for example by tests on a Motorprufstand and / or by simulations and is preferably in one or more maps in a memory of the control device 25th stored.
  • a desired combustion chamber temperature T BR SP is determined as a function of at least one operating variable, which preferably comprises a fuel mass MFF to be metered and / or preferably a rotational speed N and / or a torque TQI_SP to be set.
  • the fuel mass MFF to be metered is determined decisively as a function variable characterizing the load to be set in the internal combustion engine, such as, for example, the desired torque TQI_SP to be set. This is done according to the procedure of step S6 preferably depending on one or more in a memory of the control device stored map or maps.
  • a filter time constant t_eng is determined, specifically as a function of at least one operating variable BG, which is preferably the air mass flow. This can also be done depending on at least one map.
  • a filter is provided, which is preferably a first-order filter (such as a PTI filter) whose filter time constant is t_eng and on the input side the target combustion chamber temperature T_BR_SP is applied and on the output side then an actual combustion chamber temperature T BR AV is output.
  • a physical model for the transient operation for determining the actual combustion chamber temperature T_BR_AV is realized.
  • the combustion chamber temperature can be related to the temperature in the combustion chamber, for example, to a predefinable crankshaft angle during the respective working cycle.
  • the combustion chamber temperature preferably corresponds to a maximum temperature within the respective working cycle.
  • a correction value KOR SOI for the start of injection and / or a correction value KOR_EOI for the end of injection are preferably determined as a function of the target combustion chamber temperature and the actual combustion chamber temperature T_BR_AV.
  • the deviation and in particular the difference between the nominal combustion chamber temperature T_BR_SP and the actual combustion chamber temperature T_BR_AV is preferably used.
  • the correction values can be determined, for example, by means of a further physical model, which preferably comprises one or more characteristic maps, and is realized in particular in the form of precontrol.
  • a control signal SG for activating the respective injection valve 18 is then determined, which is assigned to the respective cylinder Z1 to Z4, depending on at least one injection parameter and / or at least one correction value.
  • the actuating signal is determined as a function of the start of injection SOI and / or the end of injection EOI and / or the correction value KOR_SOI for the start of injection and / or the correction value KOR_EOI for the end of injection.
  • the start of injection SOI and the end of injection EOI are each related to the crankshaft angle of the crankshaft 8.
  • the respective injection valve 18 is then actuated in accordance with the control signal SG determined in step S16 for metering fuel into the respective combustion chamber of the respective cylinder Z1 to Z4. Following the processing of step S16, the processing in step S4 is continued.
  • a step S18 may be provided in which a main injection mass MFF_M and / or a pilot injection mass MFF_PILOT are determined as a function of at least one operating variable BG.
  • This one operational size BG preferably comprises a variable characterizing the load to be set on the internal combustion engine, such as a desired torque to be set by the internal combustion engine and preferably a rotational speed. However, it can also include other company sizes BG.
  • the assignment rule or assignment rules of step S18 preferably also include one or more maps.
  • a step S20 can then also be provided, in which a correction value KOR_MFF_M for the main injection is determined, specifically as a function of the target combustion chamber temperature T BR SP and the actual combustion chamber temperature T BR AV.
  • a correction value KOR_MFF_PILOT for the pilot injection may also be dependent on the setpoint value. Combustion chamber temperature T_BR_SP and the actual combustion chamber temperature T BR AV are determined.
  • the assignment rules for determining the correction values KOR_MFF_PILOT, KOR_MFF_M preferably correspond in principle to those of the step S14.
  • control signal SG is then also determined in step S16 as a function of the main injection mass MFF M and / or the pilot injection mass MFF_PILOT and / or the correction value KOR_MFF_PILOT for the pilot injection mass and / or the correction value KOR_MFF_M for the main injection mass.
  • Correction values are specified by the assignment rules in such a way that the lowest possible pollutant emissions, in particular NO x emissions, can be ensured even during transient operation and also a favorable acoustics can be ensured. Moreover, they can also be optimized to minimize or at least minimize generation of pollutant particles.
  • a Zundverzug the air / fuel mixture in the respective combustion chamber in comparison to the steady state, ie the stationary operating state can be greatly reduced or extended.
  • the setpoint temperature T_BR_SP rises as a result of raising or increasing the fuel mass MFF to be metered, the difference between the actual combustion chamber temperature T BR AV and the target combustion chamber temperature T BR SP initially becomes negative and the start of injection SOI is corrected early.
  • the correction value KOR_MFF_PILOT for the pilot injection fuel mass MFF PILOT is then also increased, which then leads to a torque-neutral transition being able to be achieved and the correction values then make the contribution decreasing with increasing time until a correction is no longer necessary ,
  • the oil combustion chamber temperature T BR SP is lowered, the corresponding sequence is correspondingly inverted.

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Abstract

Zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches wird mindestens ein Einspritzparameter bezüglich der Kraftstoffzumessung abhängig von mindestens einer Betriebsgröße (BG) der Brennkraftmaschine unter der Annahme eines stationären Betriebszustandes ermittelt. Bei Vorliegen eines instationären Betriebszustandes (BZ_INST) wird eine Soll-Brennraumtemperatur (T_BR_SP) für den stationären Betriebszustand abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen (BG) ermittelt. Eine Ist-Brennraumtemperatur (T_BR_AV) wird abhängig von einem physikalischen Modell für transienten Betrieb abhängig von der Soll-Brennraumtemperatur (T_BR_SP) und mindestens einer der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt. Abhängig von der Soll- und Ist-Brennraumtemperatur (T_BR_SP, T_BR_AV) wird ein Korrekturwert für den mindestens einen Einspritzparameter ermittelt. Das Kraftstoffventil wird abhängig von dem mindestens einen Einspritzparameter und dem zugeordneten Korrekturwert angesteuert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Selbstzundung des Luft-/ Kraftstoff-Gemisches und Zumessung von Kraftstoff über ein Kraftstoffeinspritzventil .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezuglich zulassiger Schadstoffemissionen von Fahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert werden, die wahrend der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die wahrend des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln .
Insbesondere bei Vorliegen eines instationaren Betriebszustandes ist es eine Herausforderung, geringe Schadstoffemissionen zu gewahrleisten, da in einem solchen instationaren Betriebszustand sehr leicht sehr hohe Schadstoffemissionen erzeugt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die dazu beitragt, dass geringe Schadstoffemissionen erzeugt werden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Selbst- zundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches und Zumessung von Kraftstoff über ein Kraftstoffeinspritzventil. Insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen erfolgt eine Selbstzundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches . Jedoch sind auch Brennverfahren für Benzin-Brennkraftmaschinen bekannt mit Selbstzundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches .
Mindestens ein Einspritzparameter bezuglich der Kraftstoffzu- messung wird abhangig von mindestens einer Betriebsgroße der Brennkraftmaschine unter der Annahme eines stationären Betriebszustandes ermittelt. Bei Vorliegen eines instationaren Betriebszustandes wird eine Soll-Brennraumtemperatur für den stationären Betriebszustand abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine ermittelt. Ferner wird bei Vorliegen des instationaren Betriebszustandes eine Ist- Brennraumtemperatur abhangig von einem physikalischen Modell für transienten Betrieb der Brennkraftmaschine abhangig von der Soll-Brennraumtemperatur und mindestens einer der Be- triebsgroßen der Brennkraftmaschine ermittelt. Ein derartiges physikalisches Modell kann beispielsweise durch Versuche ermittelt werden, so zum Beispiel an einem Motorprufstand, oder auch beispielsweise mittels entsprechender Simulationen para- metrisiert sein. Ferner wird bei Vorliegen des instationaren Betriebszustandes abhangig von der Soll- und der Ist- Brennraumtemperatur ein Korrekturwert für den mindestens einen Einspritzparameter ermittelt. Das Kraftstoffeinspritzven- til wird abhangig von dem mindestens einen Einspritzparameter und dem zugeordneten Korrekturwert angesteuert. Auf diese Weise kann zum einen einfach der mindestens eine Einspritzparameter ermittelt werden, durch den einfach bei Vorliegen eines stationären Betriebszustandes ein Betrieb der Brennkraft- maschine mit geringen Emissionen gewahrleistet werden kann und zwar bei entsprechender Parametrisierung des ersten Einspritzparameters .
Darüber hinaus kann jedoch auch in dem instationaren Betriebszustand sehr einfach und wirkungsvoll ein gunstiger Verbrauch gewahrleistet werden und hohe Schadstoffemissionen, so insbesondere NOX-Emissionen, deutlich verringert werden. Es hat sich hier gezeigt, dass die Brennraumtemperatur dies- bezuglich ein besonders charakteristisches Maß ist und durch das einfache Ermitteln der Soll-Brennraumtemperatur und der Ist-Brennraumtemperatur und das davon abhangige Ermitteln des Korrekturwertes besonders einfach ein wirkungsvolles Reduzieren der Schadstoffemissionen und auch des Verbrauchs im in- stationären Betrieb möglich ist. Darüber hinaus kann so auch wahrend des instationaren Betriebszustandes eine vorteilhafte Akustik bei der Verbrennung beibehalten werden.
Die Soll- und auch die Ist-Brennraumtemperatur sind bevorzugt charakteristisch für die Temperatur in dem Brennraum bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel innerhalb eines Arbeitsspiels einer Brennkraftmaschine. Sie sind insbesondere charakteristisch für eine maximale Temperatur innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Soll-Brennraumtemperatur abhangig von einem Luftmassenstrom und/oder einer Drehzahl und/oder einem einzustellenden Drehmoment ermittelt. Dies ist besonders einfach und ermog- licht dennoch ein hinreichend präzises Ermitteln der für den stationären Betrieb charakteristischen Brennraumtemperatur.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das physikalische Modell ein Filter. Auf diese Weise kann das physikalische Modell besonders einfach implementiert werden und hinreichend genaue Ist-Brennraumtemperaturen liefern. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Filter ein Filter erster Ordnung ist. Dies lasst sich besonders rechentechnisch einfach implementieren und es hat sich auch überraschend gezeigt, dass ein Filter erster Ordnung, insbesondere ein PTl-Filter, den realen Verlauf der tatsachlichen Brennraumtemperatur wahrend des instationaren Betriebszustandes sehr gut modelliert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Filterzeitkonstante abhangig von dem Luftmassenstrom ermittelt. Auf diese Weise lasst sich die Ist-Brennraumtemperatur besonders präzise ermitteln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng ist der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Einspritzung. Auf diese Weise kann einfach ein Schwerpunkt der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff- Gemisches beeinflusst werden und zwar im Sinne einer Reduktion von Schadstoffemissionen. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Voreinspritzung ist, da so ein Beginn der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches bezogen auch auf eine Haupteinspritzung besonders gezielt beeinflusst werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Haupteinspritzung. Auf diese Weise kann besonders präzise ein Verbrennungsschwerpunkt und so eine Brennraumtem- peratur eingestellt werden.
Ferner ist es auch vorteilhaft, wenn der Einspritzparameter eine zuzumessende Kraftstoffmasse ist. Auf diese Weise kann einfach ein gunstiger Drehmomentverlauf realisiert werden.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Einspritzparameter eine Voreinspritzmasse ist. Es hat sich diesbezüglich gezeigt, dass durch die Voreinspritzmasse die Schadstoffemissionen maßgeblich beeinflussbar sind. Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch sehr vorteilhaft, wenn der Einspritzparameter eine Haupteinspritzmasse ist. Auf diese Weise kann besonders präzise ein gunstiger Drehmomentverlauf realisiert werden.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung und
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- ubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, die auch bei einer Brennkraftmaschine mit Selbst- zundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches beispielsweise vor- teilhaft im Zusammenhang mit einer Abgasruckfuhrung oder auch einem Tankentluftungssystem eingesetzt werden kann. Der Ansaugtrakt 1 umfasst ferner vorzugsweise einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 gefuhrt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Zl gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Der Zylinder- köpf 3 umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzventil 18, mittels dessen Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders Zl zugemessen werden kann. In dem Abgastrakt 4 ist bevorzugt ein Abgaskatalysator 21 angeordnet. Gegebenenfalls kann ferner in dem Abgastrakt auch ein Partikelfilter angeordnet sein. Ferner ist bevorzugt eine Abgasruckfuhrung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Abgas aus dem Abgastrakt 4 in den Ansaugtrakt 1 zurückzuführen. Darüber hinaus ist vorzugsweise auch ein Abgasturbolader vorgesehen .
Eine Steuervorrichtung 25 ist für die Brennkraftmaschine vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die für die Messgroßen erfassen und jeweils den Wert der Messgroße ermitteln. Betriebsgroßen umfassen neben den Messgroßen auch von diesen abgeleitete Großen. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhan- gig von mindestens einer der Betriebsgroßen BG Stellgroßen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale SG zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe angesetzt werden .
Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmas- sensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 in dem Ansaugtrakt erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Kuhlmitteltemperatur oder eine Kraftstofftemperatur erfasst. Je nach Ausfuhrungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusatzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13 und das Kraftstoffeinspritzventil 18.
Neben dem Zylinder Zl sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. Somit kann die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern Zl bis Z4 aufweisen.
Ein Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine ist in einem Speicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert und wird bevorzugt zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine in einem Schritt Sl (Figur 2) gestartet. In dem Schritt Sl werden ge- gebenenfalls Variablen initialisiert.
In einem Schritt S2 wird geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand BZ befindet, der ein instati- onarer Betriebszustand BZ INST ist. Die Brennkraftmaschine befindet sich insbesondere in dem instationaren Betriebszustand BZ_INST, wenn eine oder mehrere relevante Betriebsgroßen eine vorgegebene minimale Dynamik aufweisen. Beispielsweise kann ein solcher instationarer Betriebszustand BZ INST eingenommen werden, wenn das durch die Brennkraftmaschine zu erzeugende Wunsch-Drehmoment eine vorgegebene Dynamik aufweist, beispielsweise hervorgerufen durch ein Betatigen des Fahrpedals 27 durch einen Fahrer. Ist die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgeb- bare Wartezeitdauer T W oder auch einen entsprechenden Kurbelwellenwinkel verharrt, bevor die Bearbeitung in dem Schritt S2 erneut fortgesetzt wird. Die Verweildauer in dem Schritt S4 ist dabei so gewählt, dass der Schritt S2 geeignet häufig abgearbeitet wird, so zum Beispiel einmal pro Zylin- dersegment der Brennkraftmaschine, also bei einer Viertakt- Brennkraftmaschine mit vier Zylindern, alle 180° Kurbelwellenwinkel . Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S6 ein Einspritzparameter abhangig von mindestens einer Betriebsgroße BG ermittelt. In dem Schritt S6 wird so beispielsweise ein Einspritzbeginn SOI und/oder ein Einspritzende EOI abhangig von der mindestens einen Betriebsgroße ermittelt. Die Betriebsgroße BG kann im Zusammenhang mit dem Schritt S6 beispielsweise das gewünschte durch die Brennkraftmaschine einzustellende Drehmoment TQI_SP, die Drehzahl N und/oder die durch den ersten Temperatursensor 32 und/oder zweiten Temperatursensor 38 erfassten Temperaturen oder auch weitere Betriebsgroßen umfassen. Die Zuordnungsvorschrift zum Ermitteln des Einspritzbeginns SOI und des Einspritzendes EOI ist für einen stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben und ist bevorzugt empirisch, beispielsweise durch Versuche an einem Motorprufstand und/oder durch Simulationen ermittelt und ist bevorzugt in einem oder mehreren Kennfeldern in einem Speicher der Steuervorrichtung 25 abgelegt.
In einem Schritt S8 wird eine Soll-Brennraumtemperatur T BR SP abhangig von mindestens einer Betriebsgroße ermittelt, die bevorzugt eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF und/oder bevorzugt eine Drehzahl N und/oder ein einzustellen- des Drehmoment TQI_SP umfasst. Die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF wird maßgeblich abhangig von einer die einzustellende Last in der Brennkraftmaschine charakterisierenden Betriebsgroße, wie beispielsweise dem gewünschten einzustellenden Drehmoment TQI_SP ermittelt. Dies erfolgt entsprechend des Vorgehens des Schrittes S6 bevorzugt abhangig von einem oder mehreren in einem Speicher der Steuervorrichtung abgelegten Kennfeld oder Kennfeldern. Darüber hinaus können bei dem Ermitteln der Soll-Brennraumtemperatur auch noch weitere Betriebsgroßen wie beispielsweise eine Abgasruckfuhrrate oder die Ansauglufttemperatur berücksichtigt werden und zwar unter der Annahme des stationären Betriebszustandes. In einem Schritt SlO wird eine Filterzeitkonstante t_eng ermittelt und zwar abhangig von mindestens einer Betriebsgroße BG, die bevorzugt der Luftmassenstrom ist. Dies kann ebenfalls abhangig von mindestens einem Kennfeld erfolgen.
In einem Schritt S12 ist ein Filter vorgesehen, das bevorzugt ein Filter erster Ordnung ist (wie z.B. ein PTl-Filter) , dessen Filterzeitkonstante t_eng ist und an dem eingangsseitig die Soll-Brennraumtemperatur T_BR_SP anliegt und ausgangssei- tig dann eine Ist-Brennraumtemperatur T BR AV ausgegeben wird. Durch die Schritte S8 bis S12 wird ein physikalisches Modell für den transienten Betrieb zum Ermitteln der Ist- Brennraumtemperatur T_BR_AV realisiert. Auf diese Weise kann somit eine hinreichend genaue Abschätzung der tatsachlichen Brennraumtemperatur auch wahrend des transienten Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen. Dabei kann die Brennraumtemperatur auf die Temperatur in dem Brennraum beispielsweise zu einem vorgebbaren Kurbelwellenwinkel wahrend des jeweiligen Arbeitsspiels bezogen sein. Bevorzugt korrespondiert die Brenn- raumtemperatur zu einer maximalen Temperatur innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels.
In einem Schritt S14 werden ein oder mehrere Korrekturwerte ermittelt und zwar abhangig von der Soll-Brennraumtemperatur T_BR_SP und der Ist-Brennraumtemperatur T_BR_AV. Bei Ausfuhrung des Schrittes S14 wird bevorzugt ein Korrekturwert KOR SOI für den Einspritzbeginn und/oder ein Korrekturwert KOR_EOI für das Einspritzende abhangig von der Soll- Brennraumtemperatur und der Ist-Brennraumtemperatur T_BR_AV ermittelt. Bevorzugt wird hierzu die Abweichung und insbesondere die Differenz zwischen der Soll-Brennraumtemperatur T_BR_SP und der Ist-Brennraumtemperatur T_BR_AV herangezogen.
Das Ermitteln der Korrekturwerte kann beispielsweise mittels eines weiteren physikalischen Modells erfolgen, das bevorzugt ein oder mehrere Kennfelder umfasst, und insbesondere in Form einer Vorsteuerung realisiert ist. In einem Schritt S16 wird anschließend ein Stellsignal SG zum Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils 18 ermittelt, das dem jeweiligen Zylinder Zl bis Z4 zugeordnet ist und zwar ab- hangig von mindestens einem Einspritzparameter und/oder mindestens einem Korrekturwert. So wird das Stellsignal beispielsweise abhangig von dem Einspritzbeginn SOI und/oder dem Einspritzende EOI und/oder dem Korrekturwert KOR_SOI für den Einspritzbeginn und/oder dem Korrekturwert KOR_EOI für das Einspritzende ermittelt. Der Einspritzbeginn SOI und das Einspritzende EOI sind jeweils auf den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 8 bezogen. Das jeweilige Einspritzventil 18 wird dann entsprechend dem in dem Schritt S16 ermittelten Stellsignal SG zum Zumessen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Zl bis Z4 angesteuert. Im Anschluss an die Bearbeitung des Schrittes S16 wird die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortgesetzt.
Alternativ oder auch zusatzlich zu dem Schritt S6 kann ein Schritt S18 vorgesehen sein, in dem eine Haupteinspritzmasse MFF_M und/oder eine Voreinspritzmasse MFF_PILOT abhangig von mindestens einer Betriebsgroße BG ermittelt werden. Diese eine Betriebsgroße BG umfasst bevorzugt eine die an der Brennkraftmaschine einzustellende Last charakterisierende Große, wie ein gewünschtes durch die Brennkraftmaschine einzustellendes Drehmoment und bevorzugt eine Drehzahl. Sie kann jedoch auch weitere Betriebsgroßen BG umfassen. Die Zuordnungsvorschrift oder Zuordnungsvorschriften des Schrittes S18 umfassen bevorzugt ebenfalls ein oder mehrere Kennfelder.
Alternativ oder zusatzlich zu dem Schritt S14 kann dann auch ein Schritt S20 vorgesehen sein, in dem ein Korrekturwert KOR_MFF_M für die Haupteinspritzung ermittelt wird und zwar abhangig von der Soll-Brennraumtemperatur T BR SP und der Ist-Brennraumtemperatur T BR AV. Alternativ oder zusatzlich kann in dem Schritt S20 auch ein Korrekturwert KOR_MFF_PILOT für die Voreinspritzung abhangig von der Soll- Brennraumtemperatur T_BR_SP und der Ist-Brennraumtemperatur T BR AV ermittelt werden. Die Zuordnungsvorschriften zum Ermitteln der Korrekturwerte KOR_MFF_PILOT, KOR_MFF_M korrespondieren bevorzugt grundsatzlich zu denen des Schrittes S14. Das Stellsignal SG wird dann in dem Schritt S16 auch abhangig von der Haupteinspritzmasse MFF M und/oder der Voreinspritz- masse MFF_PILOT und/oder dem Korrekturwert KOR_MFF_PILOT für die Voreinspritzmasse und/oder dem Korrekturwert KOR_MFF_M für die Haupteinspritzmasse ermittelt.
Korrekturwerte sind durch die Zuordnungsvorschriften so vorgegeben, dass auch bei transientem Betrieb möglichst geringe Schadstoffemissionen, insbesondere NOX-Emissionen gewahrleistet werden können und auch eine gunstige Akustik sicherge- stellt werden kann. Darüber hinaus können sie auch dahingehend optimiert sein, dass eine Erzeugung von Schadstoffpartikeln minimiert oder zumindest gering gehalten ist.
Insbesondere kann so durch die Korrekturwerte ein Zundverzug des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Brennraum im Vergleich zu dem eingeschwungenen Zustand, also dem stationären Betriebszustand, sehr stark vermindert oder auch verlängert werden. So kann beispielsweise bei Erhohen der Solltemperatur T_BR_SP infolge eines Anhebens oder Erhohens der zu- zumessenden Kraftstoffmasse MFF die Differenz zwischen der Ist-Brennraumtemperatur T BR AV und der Soll- Brennraumtemperatur T BR SP zunächst negativ werden und der Einspritzbeginn SOI nach früh korrigiert werden. Gleichzeitig wird dann auch der Korrekturwert KOR_MFF_PILOT für die Vor- einspritzkraftstoffmasse MFF PILOT erhöht, was dann auch dazu fuhrt, dass ein drehmomentneutraler Übergang erreicht werden kann und durch die Korrekturwerte dann mit steigender Zeit deren Beitrag immer geringer wird, bis eine Korrektur nicht mehr notig ist. Bei einer Senkung der SoIl- Brennraumtemperatur T BR SP erfolgt der entsprechende Ablauf entsprechend invertiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Selbst- zundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches und Zumessung von Kraftstoff über ein Kraftstoffeinspritzventil (18), bei dem
- mindestens ein Einspritzparameter bezuglich der Kraftstoff- zumessung abhangig von mindestens einer Betriebsgroße (BG) der Brennkraftmaschine unter der Annahme eines stationären Betriebszustandes ermittelt wird, - bei Vorliegen eines instationaren Betriebszustandes (BZ_INST) :
-- eine Soll-Brennraumtemperatur (T_BR_SP) für den stationären Betriebszustand abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen (BG) ermittelt wird, — eine Ist-Brennraumtemperatur (T BR AV) abhangig von einem physikalischen Modell für transienten Betrieb abhangig von der Soll-Brennraumtemperatur (T_BR_SP) und mindestens einer der Betriebsgroßen (BG) ermittelt wird,
— abhangig von der Soll- und Ist-Brennraumtemperatur (T_BR_SP, T_BR_AV) ein Korrekturwert für den mindestens einen Einspritzparameter ermittelt wird und
-- das Kraftstoffeinspritzventil (18) abhangig von dem mindestens einen Einspritzparameter und dem zugeordneten Korrekturwert angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Soll-Brennraumtemperatur (T BR SP) abhangig von einem Luftmassenstrom und/oder einer Drehzahl (N) und/oder einem einzustellenden Drehmoment (TQI_SP) ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das physikalische Modell einen Filter umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Filter ein Filter erster Ordnung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Filterzeitkonstante (t_eng) abhangig von dem Luftmassenstrom ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Einspritzung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Voreinspritzung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Einspritzparameter eine kurbelwellenbezogene Lage einer vorzunehmenden Haupteinspritzung ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Einspritzparameter eine zuzumessende Kraftstoffmasse (MFF) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Einspritzparameter eine Voreinspritzmasse (MFF_PILOT) ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem der Einspritzparameter eine Haupteinspritzmasse (MFF_PILOT) ist.
12. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Selbstzundung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches und Zumessung von Kraftstoff über ein Kraftstoffeinspritzventil (18), die dazu ausgebildet ist,
- mindestens einen Einspritzparameter bezuglich der Kraftstoffzumessung abhangig von mindestens einer Betriebsgroße (BG) der Brennkraftmaschine unter der Annahme eines stationa- ren Betriebszustandes zu ermitteln,
- bei Vorliegen eines instationaren Betriebszustandes: -- eine Soll-Brennraumtemperatur (T_BR_SP) für den stationären Betriebszustand abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen (BG) zu ermitteln,
-- eine Ist-Brennraumtemperatur (T_BR_AV) abhangig von einem physikalischen Modell für transienten Betrieb abhangig von der Soll-Brennraumtemperatur (T BR SP) und mindestens einer der Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine zu ermitteln, -- abhangig von der Soll- und Ist-Brennraumtemperatur (T_BR_SP, T_BR_AV) einen Korrekturwert für den mindestens ei- nen Einspritzparameter zu ermitteln und
-- das Kraftstoffeinspritzventil (18) abhangig von dem mindestens einen Einspritzparameter und dem zugeordneten Korrekturwert anzusteuern.
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