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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Steuerung der Kraftstoffeinspritzung mittels Injektoren bei einer
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (insbesondere einer Brennkraftmaschine
mit innerer Gemischbildung), wobei die Injektoren sequentiell gemäß Ansteuerdaten
zum Öffnen
und Schließen
in Einspritzvorgängen
angesteuert werden, für
jeden Zylinder in einem Arbeitsspiel ein bestimmtes Einspritz-Segment
gegeben ist, in dem Einspritzungen möglich sind, für die Zylinder pro
Einspritz-Segment mehrere Einspritzvorgänge ausgeführt werden, für diese
Einspritzvorgänge
Dauer und zeitliche Lage im Arbeitsspiel vorgegeben werden, für jeden
Zylinder aufeinander folgende Einspritzvorgänge zu mehreren Paketen zusammengefasst
werden, deren Einspritzvorgänge
direkt aufeinander ausgeführt
werden, und bei der Kraftstoffeinspritzung die Pakete in einer Reihenfolge
abgearbeitet werden, in der Pakete verschiedener Zylinder direkt
aufeinander folgen, sowie auf eine dieses Verfahren ausführende Vorrichtung
zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern von Kraftstoff-Injektoren zum Zumessen
von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine gemäß Steuerdaten
und mit Steuerdatenberechnungsmitteln.
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Aufgrund
der weltweit ständig
strenger werdenden Abgasnormen, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen,
sind in der Kraftfahrzeugindustrie für die Anwendung in Brennkraftmaschinen
neue Kraftstoff-Injektoren mit sehr schnellen und weitestgehend
verzögerungsfrei
ansprechenden Stellgliedern bzw. Aktoren entwickelt worden. Diese
werden beispielsweise für
die Einspritzung des Kraftstoffs bei Diesel- oder Ottomotoren eingesetzt.
Solche Stellglieder weisen u. a. piezoelektrische Elemente, wie
Piezoaktoren, auf. Für Brennkraftmaschinen
mit mehreren Zylindern werden die Stell glieder mehrerer Zylinder
zu Bänken
zusammengefasst und jede Bank wird dann von einer Ansteuerungseinheit
(z. B. Endstufe) direkt angesteuert.
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Bei
einer 4-Takt Brennkraftmaschine werden 720° benötigt, also zwei volle Umdrehungen,
um einmal alle Takte zu durchlaufen. Um auszuschließen, dass
eine Ansteuerungseinheit zwei oder mehr Aktoren zeitgleich ansteuert,
wird der 720° Arbeitsbereich der
Brennkraftmaschine bzw. Kurbelwellenwinkelbereich für jeden
Zylinder in gleich große
Arbeitsfenster eingeteilt. Das Arbeitsfenster eines 4-Zylinder-
und 1-Bank-Systems
beträgt
180° pro
Zylinder. Das Arbeitsfenster eines Zylinders beginnt erst, wenn
das Arbeitsfenster des vorausgehenden Zylinders endet, somit überlappen
die Arbeitsfenster der einzelnen Zylinder nicht und nur ein einziges
Arbeitsfenster ist aktiv. Während
diesem aktiven Arbeitsfenster darf der zugehörige Zylinder von der Ansteuerungseinheit beliebig
angesteuert werden. Bei Motoren mit einer größeren Anzahl von Zylindern
(6, 8, 10) verringert sich das Arbeitsfenster bei einem 1-Bank-System entsprechend
der Formel: Anzahl Bank·720°/Anzahl Zylinder
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Bei
einer 6-Zylinder Brennkraftmaschine wären dies nur 120°.
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Auf
Grund von gesetzlichen Anforderungen werden Arbeitsfenster von 240° oder mehr
benötigt.
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Um
dies erreichen zu können,
werden mehrere Ansteuereinheiten benötigt. Jede Zylinderbank erhält jeweils
eine Ansteuereinheit.
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So
können
beispielsweise bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine der erste,
dritte und fünfte Zylinder
mit seinen Stellgliedern von einer ersten Ansteuerungseinheit und
die Zylinder zwei, vier und sechs von einer zweiten Ansteuerungseinheit
angesteuert werden. Das Arbeitsfenster einer 6- zylindrigen Brennkraftmaschine mit zwei
Bänken
beträgt folglich
240°.
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Dies
stellt das Einspritzsegment bzw. Arbeitsfenster des jeweiligen Zylinders
dar, in dem Kraftstoff eingespritzt werden kann.
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Es
hat sich darüber
hinaus als wesentlich für die
Einhaltung der zukünftig
hohen Anforderungen im Rahmen der Abgasgrenzwerte herausgestellt,
dass in einem einzelnen Segment der Kraftstoff für jeden Zylinder auf mehrere
Einspritzungen aufgeteilt werden sollte (sogenannte Mehrfacheinspritzungen).
Besonders wichtig ist dabei die gezielte Ansteuerung der Einspritzmengen
und der Einspritzzeiten für
die Einspritzungen des Kraftstoffes in die jeweiligen Zylinder einer
Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung. Piloteinspritzungen
bewirken beispielsweise einen sanften und gleichmäßigen Anstieg
des Verbrennungsdruckes, was z. B. das klassische Nageln einer Dieselbrennkraftmaschine
deutlich verringert. Eine Haupteinspritzung dient der Erzeugung
thermischer Energie, wobei man in bestimmten Betriebsbereichen mit
einer geteilten Haupteinspritzung die Stickoxidemission deutlich
reduzieren kann. Nacheinspritzungen reduzieren die Rohemissionen
und den Partikelausstoß und
erleichtern die Regeneration evtl. nachgeschalteter Partikelfilter.
Ein einzelner Einspritzvorgang kann somit aus Pilot-, Haupt- und
Nacheinspritzungen aufgebaut sein, die innerhalb des Segmentes abgegeben
werden.
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Aus
der
EP 1497544 A ist
ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
bekannt, bei der zumindest zwei piezoelektrische Injektoren jeweils
einer Bank zugeordnet sind. Es wird überwacht, ob eine Überschneidung
eines Zeitintervalls, in dem ein erster Piezoinjektor ge- oder entladen
soll, mit einem Zeitintervall, in dem ein zweiter Piezoinjektor
ge- oder entladen werden soll, auftritt. Hierbei ist den Einspritzungen
jeweils eine Priorität
zugeordnet. Im Falle einer Überschneidung
wird dann die Einspritzung mit der niederen Priorität verschoben
oder verkürzt.
Die
DE10033343A1 beschreibt
eine Kraftstoffeinspritzanlage für
eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Dieselbrennkraftmaschine,
wobei jedem Zylinder zumindest je ein Aktor zur Einspritzung von
Kraftstoff in den Zylinder zugeordnet ist und die Kraftstoffeinspritzanlage
eine Einspritzregelung zur Überwachung
und/oder Lösen
eines Konfliktes beim Ansteuern der Aktoren aufweist. Dabei werden
die Einspritzungen mit einer Prioritätsangabe versehen, um Überschneidungen
bei der Ansteuerung der Aktoren zu vermeiden. Aus der
DE10041448A1 ist eine Steuervorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine bekannt, die insbesondere zur Ansteuerung von
Einspritz-Aktoren bei Diesel-Brennkraftmaschinen vorgesehen ist.
Eine Steuereinheit prüft
Anforderungssignale, welche eine gewünschte Ansteuerung der Aktoren vorgeben,
und auch eventuelle weitere Signale auf Plausibilität, um die
Betriebssicherheit zu erhöhen.
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Bei
einer Mehrfacheinspritzung überlappen sich
jedoch die Segmente und Einspritzvorgänge mehrerer Zylinder, so dass
die Anzahl der Bänke
erhöht
werden müsste,
weil jede Bank zu einem Zeitpunkt immer nur einen Einspritzvorgang
ansteuern kann. Die Problematik zeigt 2 mit einer
schematischen Darstellung der zeitlichen Abfolge einer Ansteuerung
einer Bank mit Zylindern Cyl0 und Cyl2. Ein Injektor (nicht gezeigt)
des ersten Zylinders Cyl0 wird so angesteuert, dass drei Teil-Einspritzungen 3.0, 4.0, 5.0 vorgenommen
werden, die vorbestimmte zeitliche Lagen zum oberen Totpunktzeitpunkt TDCO
im Zylinder und vorbestimmte Dauern (also Kraftstoffmengenabgaben)
haben. Nachdem die Einspritzungen für den ersten Zylinder Cyl0
abgeschlossen sind, bewirkt die Ansteuereinheit die Einspritzungen 3.2, 4.2, 4.2 für den dritten.
Zylinder Cyl2. Der Wechsel des mit Einspritzungen versorgten Zylinders ist
durch einen Pfeil 6 dargestellt. Erst wenn die Einspritzungen 3.2, 4.2, 5.2 für den Zylinder
Cyl2 abgearbeitet sind, kann gemäß Pfeil 6 ein
Wechsel zur Ansteuerung des Injektors eines weiteren Zylinder erfolgen.
Bei der Vorgehensweise gemäß dem Stand
der Technik ist in 2 deutlich zu erkennen, dass
die Einspritzung für
einen weiteren Zylinder nach der Abarbeitung der jeweiligen vorherigen
Zylindereinspritzungen und somit während des gesamten Segments möglich ist.
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Darüber hinaus
benötigen
einige Einspritzkonzepte mitunter ein sehr großes Segment (also Arbeitsfenster),
z. B. wird zweckmäßigerweise
in einem Dieselpartikelfilterregenerationsmodus eine Piloteinspritzung
bei einem Kurbelwellenwinkel von –80° und eine späte Nacheinspritzung bei 270° durchgeführt. Bei
einer Aufrechterhaltung der gleichen Anzahl von Bänken bedeutet
dies jedoch eine große Überlappung
der Segmente der einzelnen Zylinder, so dass mitunter für mehrere
Zylinder gleichzeitig eine Einspritzung gefordert sein kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf
einfache Weise eine flexiblere Gestaltung der Ansteuerung der Injektoren
möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einem Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung mittels Injektoren
bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei die Injektoren
sequentiell gemäß Ansteuerdaten
zum Öffnen
und Schließen
in Einspritzvorgänge
angesteuert werden, und für
die Zylinder pro Einspritz-Segment
mehrere Einspritzvorgänge
ausgeführt
werden, für
diese Einspritzvorgänge
Dauer und zeitliche Lage vorgegeben werden, für jeden Zylinder aufeinander
folgende Einspritzvorgänge
zu mehreren Paketen zusammengefasst werden, deren Einspritzvorgänge direkt
nacheinander ausgeführt
werden, und bei der Kraftstoffeinspritzung die Pakete verschiedener
Zylinder direkt aufeinander folgen, und wobei das Verfahren die
folgenden Schritte umfasst:
- a) in einem Verteilungsschritt
werden die Einspritzvorgänge
auf die Pakete verteilt, ohne dabei eine unerwünschte Gleichzeitigkeit von
Paketen verschiedener Einspritzsegmente oder Zylinder zu berücksichtigen,
und
- b) in einem Kollisionskorrekturschritt wird eine Modifikation
oder Unterdrückung
zumindest teilweise überlappender
und damit kollidierender Einspritzvorgänge derart durchgeführt, dass
die Kollision vermieden ist.
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Die
Aufgabe wird weiter gelöst
mit einer Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern von Kraftstoff-Injektoren zum
Zumessen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine
gemäß Steuerdaten
und mit Steuerdatenberechnungsmitteln, wobei die Steuerdatenberechnungsmittel
im Betrieb ein Verfahren der genannten Art ausführen.
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Die
Modifikation kann grundsätzlich
eine Verschiebung, Verkürzung
und/oder Aufteilung eines kollidierenden Einspritzvorganges umfassen.
Soweit eine dieser Eingriffe hier erwähnt ist, ist dies lediglich exemplarisch
zu verstehen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn im Verteilungsschritt auch die Anzahl sich für das Einspritzsegment
des jeweiligen Zylinders ergebende Pakete nicht begrenzt oder sonst
berücksichtigt
wird und anschließend
vor dem Kollisionskorrekturschritt ein Normierungsschritt ausgeführt wird,
in dem die Pakete so modifiziert werden, dass für jedes Zylindersegment eine
vorgegebene Paketanzahl gegeben ist. Ggf. können dazu nötigenfalls Pakete eingefügt werden,
die keinen Einspritzvorgang enthalten, also Leerpakete darstellen.
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Im
Verfahren und insbesondere im Kollisionskorrekturschritt ist es
zweckmäßig, immer
ein Paar bezüglich
der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung aufeinander folgender und
sich gegenseitig überlappender
Segmente zu betrachten, wobei der Begriff „aufeinander folgend" auf diejenigen Segmente
bezogen sind, die in der Steuerung aufeinander folgen. Sind die
Injektoren einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine also in Bänke aufgeteilt,
die jeweils eigenständig
mit Steuerdaten versorgt sind (welche natürlich je aufeinander abgestimmt
sind) und Injektoren ansteuern, so sind bezüglich der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
aufeinander folgende Segmente diejenigen Segmente einer Bank, die
im Ablauf dieser Bank aufeinander folgen. Dies gilt natürlich ganz
grundsätzlich,
soweit die Injektoren und Zylinder der Mehrzylinderbrennkraftmaschine
steuerungstechnisch in einzelne Bänke unterteilt sind.
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Bei
der Kollisionskorrektur werden Einspritzvorgänge, die zeitlich in der Steuerung überlappen würden, verschoben
oder sogar ganz unterdrückt.
Es hat sich gezeigt, dass Einspritzvorgänge, die nach dem oberen Zylindertotpunkt
stattfinden, für
den Lauf einer Brennkraftmaschine geringere Bedeutung haben, als
vor dem oberen Totpunkt ausgeführte
Einspritzungen. Es ist deshalb vorteilhaft, in der Kollisionskorrektur
zweier zeitlich überlappender
Einspritzvorgänge
denjenigen zu modifizieren oder zu unterdrücken, der dem Ende des ihn
aufweisenden Segmentes zeitlich näher liegt bzw. (in anderen
Worten), der einen größeren zeitlichen
Abstand nach dem oberen Totpunkt des ihm zugeordneten Zylinders
hat. Natürlich
kann auch eine andere Priorisierung erfolgen.
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Eine
Möglichkeit,
diese Bevorzugung von Einspritzvorgängen, die bezogen auf den oberen
Totpunkt des jeweiligen Zylinders früh liegen, zu erreichen, liegt
darin, im Kollisionskorrekturschritt die Zeitgrenzen der Pakete
im zweiten Segment des überlappenden
Segmentpaares exakt zu bestimmen und daraus gleichzeitig vorgesehene
Einspritzvorgänge des
ersten Segmentes festzustellen und jene zu modifizieren (z. B. auf
spätere
Zeiten zu verschieben) oder ganz zu unterdrücken.
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Ob
eine Modifikation oder Unterdrückung stattfindet,
kann an einem Kriterium ermittelt werden, das eine Modifikation
nur zulässt,
wenn die dadurch bewirkte Veränderung
einen bestimmten Schwellwert unterschreitet und sonst eine Unterdrückung, d.
h. eine Nichtausführung
des entsprechenden Einspritzvorganges vorzusehen.
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Soweit
in der hier vorliegenden Beschreibung Verfahrensschritte erläutert werden,
betreffen diese natürlich
auch die analog von der Erfindung umfasste Vorrichtung im Sinne
einer funktionellen Beschreibung entsprechender Vorrichtungselemente,
wie Steuergeräte,
Recheneinheiten etc. Im übrigen
ist die vorliegende Beschreibung so zu verstehen, dass auch einzelne
Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen
und Ausgestaltungen weggelassen bzw. in beliebiger Reihenfolge mit
anderen beschriebenen Merkmalen, Verfahrensausgestaltungen oder
Elementen kombiniert werden können.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren durch ein Computerprogramm
mit Programmcode-Mitteln realisiert und durchgeführt wird, wenn das Programm
auf einem Computer oder Computer-Netzwerk läuft. Dazu kann das Computerprogramm
mit Programmcode-Mitteln auf einen computerlesbaren Datenträger gespeichert
sein. Auch ist es möglich,
auf dem Datenträger
eine Datenstruktur zu speichern, die nach dem Laden in einen Arbeits- und/oder
Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das Verfahren
ausführt.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
noch näher
erläutert.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei
gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktion einander
entsprechende Elemente. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben von Stellgliedern,
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2 ein
Diagramm zur Darstellung des Einspritzkonzepts nach dem Stand der
Technik,
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3 ein
Diagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Paketkonzepts,
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4 eine
schematische Darstellung eines Paketes,
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5 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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6 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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7 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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8 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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9 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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10 eine
schematische Darstellung von Paketen,
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11 eine
schematische Darstellung von Paketen und
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12 ein
Blockschaltbild zur schematischen Darstellung eines Ablaufs des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
eine Vorrichtung zum Betreiben oder Ansteuern von Stellgliedern
P0 bis P5, die als Injektoren Zylinder Cyl0 bis Cyl5 mit Kraftstoff
versorgen. In diesem Beispiel versorgen die Stellglieder P0 bis
P5 eine sechszylindrige Brennkraftmaschine. Hierbei sind zwei Bänke B0 bis
B1 vorgesehen, die jeweils drei Injektoren, im vorliegenden Fall
piezoelektrische Stellglieder P0, P2, P4 bzw. P1, P3, P5, ansteuern.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
bezeichnet der Begriff „Bank" die jeweilige Endstufe
E0, E1 und eine dazugehörige
Steuereinheit ST0, ST1. Jedes Stellglied P0 bis P5 ist mit der jeweiligen
Bank B0 bzw. B1 elektrisch über
eine nicht weiter bezeichnete Steuerleitung verbunden. Die Zylinderanzahl
ist für
die Realisierung aber nicht entscheidend, ebenso die Arbeitsweise
der Stellglieder, die beispielsweise elektromagnetische Injektoren
sein können.
Die Ansteuerung der Stellglieder erfolgt hierbei mit einem zweistufigen
Steuerungssystem. Eine Echtzeitsteuereinrichtung steuert die Öffnung und
Schließung
der Injektoren zu spezifischen Zeiten. Die Information, welches
Stellglied zu welcher Zeit welche Kraftstoffmenge einspritzen soll,
wird von einer Anwendungseinrichtung vorgegeben, wobei die von der
Anwendungseinrichtung berechneten Daten oder Befehle an die Echtzeitsteuereinrichtung
gesendet oder übergeben
werden, damit diese die Befehle entsprechend ausführt. Auch
können
die von der Anwendungseinrichtung bestimmten Daten oder Befehle
an die Echtzeitsteuereinrichtung in regelmäßigen Abständen zugeführt werden, damit diese mit
den aktuellsten Daten und Befehlen versorgt ist, ohne ständig Daten oder
Befehle aufnehmen zu müssen.
Die Anwendungs- und die Echtzeitsteuereinrichtung führen entsprechend
ein Anwendungs- bzw. Echtzeitsteuerverfahren aus, weshalb die Begriffe
hier austauschbar verwendet werden.
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Wird
ein Stellglied P0 über
die Steuerleitung von der ersten Bank B0 angesteuert, so wird es
ge- oder entladen. Alternativ kann auch der Ladungszustand des Stellgliedes
P0 überwacht
und gegebenenfalls durch Nachladen aufrechterhalten werden. In Abhängigkeit
von der am Stellglied P0 angelegten elektrischen Spannung, dem Stellglied
P0 zugeführten
Strom, der übertragenen
Ladungsmenge und/oder der Zeitdauer bis zur Entladung wird die zugemessene
Kraftstoffmenge von Null bis auf einen maximalen Wert variiert.
Der Ladungsvorgang/-zustand ist lediglich ein Beispiel für die Vorgabe
der in einer Einspritzung zuzumessenden Kraftstoffmenge. Wesentlich
ist allerdings, dass jede Endstufe zu einem gegebenen Zeitpunkt
immer nur ein Stellglied/einen Injektor ansteuern kann.
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Die 3 zeigt
eine schematische Darstellung der zeitlichen Abfolge einer Ansteuerung
zur Einspritzung entsprechend der erfindungsgemäßen Verfahrensweise. Deutlich
zu erkennen ist, dass die Einspritzungen für die jeweiligen Zylinder pro
Segment in mehrere Pakete darstellenden Gruppen zusammengefasst
sind und die aufeinander folgenden Pakete nicht zum selben Zylinder
gehören.
Beginnend mit dem Zylinder Cyl0 wird das Paket G.10 mit drei Teileinspritzungen 3.0, 4.0, 5.0 durch
Ansteuerungen des Stellgliedes P0 abgearbeitet. Anschließend wird
gemäß dem Pfeil 6 zur
Ansteuerung eines Paketes G1.2 gewechselt, das (hier) eine Einspritzung 3.2 für den Zylinder
Cyl2 enthält.
Dann wird gemäß dem Pfeil 6 zu
einem Punkt G2.0 des Zylinders Cyl0 gewechselt. Dann wird die Einspritzung 7.0 durchgeführt, bevor
wiederum unter Zwischenschaltung weiterer nicht dargestellter Pakete
zu einem Paket G2.2 des Zylinders Cyl2 gewechselt wird. Bezüglich des
Zylinders Cyl2 wird das Paket G2.2 mit den Einspritzungen 4.2, 5.2, 7.2, 8.2, 9.2 durchgeführt, bevor
anschließend
wieder zu einem anderen Paket gewechselt wird. Somit wird zwischen
einzelnen Paketen und damit den einzelnen Zylindern gewechselt.
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Die
Einspritzungen eines Paketes eines Zylinders werden immer gänzlich abgearbeitet,
bevor zu einem weiteren Paket gewech selt wird, dessen Einspritzungen
mitunter einen anderen Zylinder betreffen, und dieses abgearbeitet
wird. Für
die Durchführung
des Verfahrens sind die Einspritzungen zu Paketen gruppiert, so
dass die Einspritzungen nicht mehr zylinderweise sondern paketweise
abgearbeitet werden. Dafür
ist zu beachten, wie die Grenzen der Pakete gesetzt werden.
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Hierfür kommen
verschiedene Verfahren in Frage, welche in Echtzeit die Einspritzungen
für die einzelnen
Zylinder in Pakete gruppieren und die Verteilung der Einspritzungen
auf die Pakete optimieren. Um ein robustes Verfahren zu erreichen,
wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet, das dynamisch die Grenzen
der Pakete setzt. Innerhalb eines Paketes versorgt die jeweilige
Endstufe immer und ausschließlich
den jeweiligen Injektor mit Ansteuersignalen.
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Dieses
Verfahren berechnet und optimiert die Gruppierung der Einspritzungen
in Pakete, um ein Einspritzkonzept in überlappenden Segmenten (Einspritzfenstern)
durchzuführen.
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Natürlich kann
in Sonderfällen
ein Paket auch einem Segment entsprechen, also alle Einspritzungen
eines Zylinderarbeitstaktes enthalten. Vorteilhaft ist die Anzahl
der Pakete und die Umschaltreihenfolge fahrzeug- oder systemspezifisch
und wird nicht während
der Laufzeit des Verfahrens gewechselt.
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Die
Erstellung der Pakete und die Definition der Einspritzungen und
damit der Stellgliedaktivierung erfolgt in einer Ausführungsform
auf Basis der sogenannten Pulspaketstrukturberechnung. Dabei steht
ein Pulswert von Eins (aktiver Puls) für einen Zustand, in dem das
Stellglied zur Kraftstoffabgabe angesteuert ist, und ein Pulswert
von Null bezeichnet einen Zustand, in dem der Injektor geschlossen
ist. Die Pulse sind also eine Beschreibung der Injektoröffnung bewirkenden
Stellgliedaktivität,
und insofern ist ein Puls eine Angabe für eine Injektoröffnung und somit
einen Einspritzvorgang. Aus Gründen
der Robustheit des Verfahrens ist in einer Variante die Anzahl der
Einspritzvorgänge
pro Paket festgelegt und wird während
der Laufzeit des Verfahrens nicht geändert. Für jeden Puls gilt: ist er in
einem Paket aktiviert, wird eine Einspritzung angesteuert, anderenfalls
wird sie unterdrückt.
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Das
nachfolgend beschriebene Verfahren kann mit Korrekturmethoden kombiniert
werden, z. B. falls durch das Verfahren Einspritzvorgänge zeitlich verschoben
werden: 4 zeigt eine Darstellung eines
Bereichs EB, der durch einen Beginn SOI_LIM und ein Ende EOI_LIM
festgelegt ist. In diesem Bereich sind Einspritzungen zulässig. Falls
sich nach Lauf des untenstehenden Verfahrens ergibt, dass eine Einspritzung 10.2 (z.
B. wegen einer Verschiebung) vor dem Beginn SOI_LIM starten soll,
verschiebt die Methode den Start der Einspritzung 10.2 auf
den Beginn SOI_LIM. Im Falle, dass die Einspritzung 11.2 noch
nach dem Ende EOI_LIM andauern soll, wird das Ende der Einspritzung 11.2 auf
das Ende EOI_LIM festgesetzt, z. B. durch vorzeitigen Abbruch. Der
Bereich kann z. B. der zeitliche Abschnitt sein, in dem Einspritzungen
für einen
Zylinder vorgenommen werden können;
er kann aber auch insbesondere durch die Grenzen eines Paketes definiert
sein.
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5 zeigt
ein Beispiel, in welchem sich Einspritzungen verschiedener Zylinder
in verschiedenen Paketen überlappen
würden.
Wie zu erkennen ist, wird erst das zeitlich frühere Paket G1.2 des Zylinders
Cyl2 abgearbeitet, obwohl die Einspritzung 12.0 des Paketes
G1.0 des Zylinders Cyl0 mit der zweiten Einspritzung 13.2 des
Paketes G1.2 des Zylinders Cyl2 überlappt.
In einem solchen Fall wird die Einspritzung 12.0 des Paketes
G1.0 zeitlich nach der Einspritzung 13.2 verschoben, so
dass die Einspritzung 12.0 unmittelbar nach dem Ende der
Einspritzung 13.2 des Pakets G1.2 des Zylinders Cyl2 beginnt.
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Zu
Beginn des Verfahrens sind die Position und die Dauer der Einspritzungen
bereits vorgegeben und die Zuordnung von Einspritzungen zu Paketen,
die Grenzen der Pakete und die Aktivierung/Deaktivierung von Einspritzvorgängen werden bestimmt.
Abhängig
von der Rechengeschwindigkeit oder der Drehzahl kann das Verfahren
ein oder zweimal pro Segment durchgeführt werden.
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Dabei
wird die Berechnung der Zuordnung der Einspritzungen zu den Paketen,
die Paketgrenzen und die Deaktivierung bzw. die Aktivierung von Pulsen
in drei Schritten (auch als Unterverfahren bezeichnet) durchgeführt. In
einem Verteilungsschritt, einem Normierungsschritt und einem Kollisionskorrekturschritt
ist besonders darauf abgestellt, die Pakete so zu bilden, dass die
Einspritzungen in Bereichen, in welchen sich zwei Segmente überlappen,
in mehrere Pakete gruppiert werden. Zur Unterscheidung von Segmenten
sei für
die Beschreibung ein Hauptsegment (MAIN) und ein direkt vorhergehendes
Segment (PREV) definiert. Das Hauptsegment bezeichne ein Segment
für das
das Verfahren mit den berechneten Daten (Start der Einspritzung,
Dauer der Einspritzung) als Vorgabe versagt wird, und das vorhergehende
Segment sei das unmittelbar vorhergehende Segment der gleichen Bank.
In den Figuren ist zur besseren Darstellung mit den runden Klammern
die Gruppierung der Einspritzungen zu Paketen dargestellt, natürlich nicht
die exakten Position der Grenzen der Pakete.
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Jedes
Paket wird vollständig
abgearbeitet, bevor zu einem weiteren Paket gewechselt wird. D.
h. die Einspritzungen eines Paketes werden ohne Unterbrechung nacheinander
ausgeführt.
Dann sind die Einspritzungen des nächsten Pakets an der Reihe. Die
Einspritzungen eines Paketes betreffen immer einen Zylinder, enthalten
aber nicht zwingend alle Einspritzungen für das aktuelle Einspritz-Segment
dieses Zylinders. Mit anderen Worten, die Einspritzungen eines Zylindersegmentes
können
auf verschiedene Pakete aufgeteilt sein, die nicht notwendigerweise
direkt aufeinander folgend von der zugehörigen Steuereinheit abgearbeitet
werden.
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Die
Aufteilung der Einspritzungen auf die Pakete erfolgt nun, wie bereits
erwähnt,
in drei Untermodulen (Verfahren oder Vorrichtungen), die iterativ
die Pakete bilden.
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Im
ersten Untermodul (Verteilungsschritt) wird die Gruppierung der
Pulse zu Paketen vorläufig durchgeführt. Dieses
Untermodul optimiert autonom die Verteilung der Pulse in Pakete,
wobei der Einspritzbeginn SOI der beteiligten Zylinder Cyl0 und Cyl2
bzw. deren überlappenden
Segmente berücksichtigt
wird. Es handelt sich dabei im Beispiel um überlappende Segmente. Deren
Einspritzungen werden zuerst in Gruppen bzw. Pakete aufgeteilt.
Dies ist in 6 dargestellt. Es zeigt im Segment
PREV und im Segment MAIN die Aufteilung der Einspritzungen in Gruppen
bzw. Pakete, wobei im Segment PREV des Zylinders Cyl0 die Einspritzungen
in drei Pakete G1.0, G2.0, G3.0 geordnet sind, wobei in G1.0 drei Einspritzungen 3.0, 4.0, 5.0 vorliegen
und in G2.0 und G3.0 jeweils nur eine Einspritzung 7.0 bzw. 8.0. Weiter
sind im Segment MAIN des Zylinders Cyl2 die Einspritzungen in drei
Pakete G1.2, G2.2, G3.2 aufgeteilt, wobei in G1.2 eine (3.2), in
G2.2 eine (4.2) und in G3.2 fünf
Einspritzungen vorliegen. Die Aufteilung der Pakete ist dabei so,
dass keine zeitliche Überlappung
der Gruppen auftritt und zugleich möglichst viele Einspritzungen
in jeder Gruppe liegen.
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Weiter
wird im ersten Untermodul die Struktur des vorhergehenden Segmentes
z. T. im nachfolgenden Segment kopiert, da zu erwarten ist, dass Kollisionen
von Einspritzungen des MAIN Segments mit Einspritzungen dessen nachfolgendem
Segment ähnlich
den Kollisionen des PREV Segmentes mit dem MAIN Segment liegen.
Genaue Kenntnis besteht natürlich
zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens nicht. Daher wird die Gruppierung
des Segments in diesem Abschnitt MAIN im überlappenden Abschnitt zum
nächsten
(nicht gezeigten) Segment entsprechend der Struktur des PREV Segments
durchgeführt.
Unter der Annahme, dass die Kollision im Überlappungsbereich zwischen
MAIN Segment und dessen (noch nicht bezüglich Einspritzungen) definierten nachfolgenden
Segment (z. B. Zylinder Cyl4) genauso liegt, wie zwischen PREV und
MAIN, erhält
das MAIN Segment im Überlappungsbereich
zu Zylinder Cyl4 dieselbe Struktur wie das PREV Segment im Überlappungsbereich
zu MAIN. Dadurch werden von der Gruppe G3.2 der 6 zwei
Pakete G4.2 und G5.2 ab gespalten. Dies bewirkt, siehe 7,
dass dem Paket G3.2 des Zylinders Cyl2 zwei Pakete abgeteilt werden.
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In
einem weiteren, dem zweiten Untermodul, wird die Anzahl der Pakete
pro Segment und/oder die Anzahl der Einspritzungen pro Paket begrenzt
und angeglichen (Normierungsschritt). Wie in 8 zu erkennen
ist, ist hier die Anzahl der Einspritzungen pro Paket auf zwei gesetzt.
Natürlich
kann dies individuell für
Fahrzeug, Brennkraftmaschine oder System festgelegt werden. Darüber hinaus
ist die Anzahl der Pakete in allen Segmenten z. B. auf vier fixiert, was
in dem Segment PREV dazu führt,
dass ein leeres Paket G2.0 eingeführt wurde, in welchem aber keine
Einspritzung stattfindet. Nun liegen für die Segmente jeweils vier
Pakete vor, die jeweils maximal zwei Einspritzungen enthalten.
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Im
nächsten,
dem dritten Untermodul erfolgt Paketmanagement und Einspritzkorrektur.
Es werden die Paketgrenzen an die Einspritzgrenzen angepasst. Dazu
werden im Segment MAIN jeweils die Grenzen der Pakete auf die Grenzen
der darin vorgesehenen ersten bzw. letzten Einspritzungen gesetzt. Dies
ist in 9 zu erkennen. Die Grenzen der Pakete sind durch
die grau hinterlegten Kästen
definiert, die nun mit B1.2, B2.2, B3.2 und B4.2 bezeichnet sind.
Dabei beginnt ein Paket jeweils mit dem Beginn der ersten Einspritzung
des Pakets und endet mit Ende der letzten Einspritzung des Pakets.
Für den Fall,
dass lediglich eine Einspritzung pro Paket vorliegt, ist die Grenze
des Pakets durch die Zeitdauer der einzelnen Einspritzung gegeben.
Erst die Festlegung der Paketgrenzen ermöglicht die Kollisionsprüfung.
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Im
nächsten
Schritt dieses Untermoduls (der eigentlichen Kollisionskorrektur)
werden die Grenzen der Pakete hinsichtlich Überlappung korrigiert. Dabei wird
angenommen, dass Einspritzungen in der ersten Hälfte eines Segments wichtiger
sind, als in der zweiten Hälfte
des Segments. Deshalb wird im Überlappbereich
das PREV Segment modifiziert. Es werden die Grenzen der Pakete des
Segments PREV so korrigiert, dass sie in die Lücken zwischen den unverändert bleibenden
Paketen des Segments MAIN passen. Somit wird keine Einspritzung
in der ersten Hälfte
des Segments MAIN wegen eines Überlapps
von Paketen der Segmente PREV und MAIN verändert. Für Pakete ohne Einspritzungen
wird die Grenze auf den maximalen Einspritzbereich gesetzt.
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Die
Korrektur ist beispielhaft in 10 dargestellt.
Dort wird ein Überlapp
(also eine Kollision) zwischen den Paketen G1.2 und G2.2 mit der
Einspritzung 7.0 des Pakets G4.0 festgestellt. Daher wird
diese Einspritzung für
Zylinder Cyl0 so nach später
verschoben, dass keine Kollision den durch die Grenzen B1.2 und
B2.2 definierten Paketen G1.2 und G2.2 des Zylinders Cyl2 vorliegt.
Die betroffene Einspritzung liegt dann vollständig im Fenster F, das durch
den Zeitraum zwischen den Paketen G1.2 und G2.2 festgelegt ist.
Ware die dazu erforderliche Verschiebung allerdings zu groß (über einem
Schwellwert), würde
eine solche Einspritzung deaktiviert. Diese Alternative ist in 11 dargestellt.
Dort fehlt im Paket G4.0 des Zylinders Cyl0 nun die Einspritzung 7.0.
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Das
Verfahren weist somit mehrere Schritte auf, die durchgeführt werden:
Berechnung und Gruppierung von Einspritzungen in Pakete (Verteilung), Nomierung
(Angleichung der Anzahl) und Kollisionskorrektur, z. B. durch Verschiebung
von Einspritzungen. Dies kann auch Vorgaben berücksichtigen, wonach gewisse
Einspritzungen uninteressant werden, wenn sie zu stark verschoben
würden,
und deshalb dann besser wegfallen sollten.
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Die 12 zeigt
schematisch den Ablauf des Verfahrens. Nach dem Start des Anwendungsverfahrens
wird in einem Block 50, wobei auf die Vorgabegrößen (z.
B. die Dauer der Einspritzungen bzw. Pulse und die Position der
Einspritzungen bzw. Pulse) zugegriffen wird, die Gruppierung bzw.
Verteilung von Einspritzungen in Pakete durchgeführt. In einem Block 51 werden
ggf. die Paketzahl und Einspritzungszahl pro Paket angeglichen und
begrenzt und in Block 52 erfolgt die Kollisions korrektur,
z. B. durch eine Verschiebung von Einspritzungen. Am Ende des Blocks 52 werden
die Daten z. B. über
Schnittstelle Ansteuerung zur Verfügung gestellt und ein Steuergerät (Block 53)
nimmt die Ansteuerung der Stellglieder vor (Block 54)
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Das
Verfahren kann vorteilhaft als Computerprogramm umgesetzt werden.
Dabei wären
die Unterfahren als Unterprogrammodule gestaltbar. Dabei kann das
oben beschriebene Verfahren auch in vorteilhafter Weise in einem
anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) integriert
werden. Ferner kann das Computerprogramm bei Ablauf auf einem Computer
oder Computer-Netzwerk
das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen ausführen. Weiterhin gehört zur Erfindung ein
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf
einem Computer oder Computer-Netzwerk
ausgeführt
wird. Insbesondere können
die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert
sein. Außerdem
gehört
zur Erfindung ein Datenträger,
auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden
in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes
das erfindungsgemäße Verfahren
in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann. Auch gehört zur Erfindung
ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen
durchzuführen,
wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als
handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen,
so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger, und
kann insbesondere über
ein Datenübertragungsnetz
verteilt werden.