DE102008036300B3

DE102008036300B3 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung

Info

Publication number: DE102008036300B3
Application number: DE102008036300A
Authority: DE
Inventors: Armin DÖLKER; Michael Prothmann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: US8140243B2; CN101684759A; CN101684759B; US20100030450A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1) in V-Anordnung mit einem getrennten Common-Railsystem auf einer A-Seite sowie einem getrennten Common-Railsystem auf einer B-Seite der Brennkraftmaschine (1), bei dem eine Soll-Einspritzmenge zumindest in Abhängigkeit einer Ist-Drehzahl zu einer Soll-Drehzahl berechnet wird, bei dem eine Spritzdauer zur Ansteuerung eines A-seitigen Injektors (7A) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge sowie einem A-seitigen Ist-Raildruck über ein Injektorkennfeld berechnet wird und bei dem die Spritzdauer zur Ansteuerung eines B-seitigen Injektors (7B) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge sowie einem B-seitigen Ist-Raildruck über dasselbe Injektorkennfeld berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit einem getrennten Common-Railsystem auf einer A-Seite sowie einem getrennten Common-Railsystem auf einer B-Seite der Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen in V-Anordnung haben auf der A- und der B-Seite ein Rail zur Zwischenspeicherung des Kraftstoffs. Am Rail angeschlossen sind die Injektoren, über welche der Kraftstoff in die Brennräume eingespritzt wird. In einer ersten Bauform des Common-Railsystems fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff unter Druckerhöhung parallel in beide Rails. Es herrscht daher in beiden Rails der gleiche Raildruck. Eine zweite Bauform unterscheidet sich dadurch, dass eine erste Hochdruckpumpe in ein erstes Rail und eine zweite Hochdruckpumpe in ein zweites Rail fördert. Das Common-Railsystem auf der A-Seite ist daher getrennt vom Common-Railsystem auf der B-Seite. Beide Bauformen sind beispielsweise aus der DE 43 35 171 C1 bekannt.
Die DE 196 51 671 A1 offenbart ebenfalls ein Common-Railsystem der ersten Bauform, bei dem zwischen der Hochdruckpumpe und den beiden Rails zusätzlich ein Verteilerelement angeordnet ist. Das Druckniveau im Verteilerelement wird über einen Drucksensor erfasst. Über das Verteilerelement und den Drucksensor kann eine Leckage erkannt und lokalisiert werden, indem das Verteilerelement die Kraftstoffzufuhr zu einem Rail unterbricht und der weitere Druckverlauf bewertet wird. Ergänzend kann beim Auftreten eines Störfalles durch eine größere Leckage stromab des Verteilerelements, der Zugang zu der undichten Stelle selbstständig geschlossen werden, so dass ein Notfahrbetrieb mit dem intakten Rail noch möglich ist. In der Fundstelle ist ebenfalls aufgezeigt, dass sowohl am Rail der A-Seite als auch der B-Seite der Druck erfasst wird, wobei jedoch auch hier diese Messgrößen zur Überwachung eingesetzt werden, um im Fehlerfall ein Rail stillzusetzen.
Ein Verfahren zur Schadstoffreduktion einer Brennkraftmaschine im Leerlauf ist aus der DE 103 27 845 A1 bekannt. Hierzu wird die Einspritzmenge auf eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung aufgeteilt. Beim dargestellten Common-Railsystem werden hydraulisch betätigte Injektoren verwendet und der Öldruck im Rail über einen eigenen Drucksensor 1 erfasst. In der Fundstelle ist zwar der Hinweis auf getrennte Rails gegeben, deren Auswirkung auf das Verfahren ist jedoch nicht aufgezeigt.
Aus der DE 199 37 139 C1 ist es bekannt, die Spritzdauer zur Ansteuerung eines Injektors über ein Kennfeld (Injektorkennfeld) in Abhängigkeit des Ist-Raildrucks und einer Soll-Einspritzmenge zu bestimmen. Die Soll-Einspritzmenge wiederum wird über einen Drehzahlregler in Abhängigkeit der Drehzahl-Regelabweichung, also der Abweichung einer Ist- zu einer Soll-Drehzahl, berechnet.
Die DE 10 2005 060 540 B3 beschreibt ein momentenorientes Steuerungsverfahren, bei dem eine Soll-Einspritzmenge über ein Wirkungsgrad-Kennfeld in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl und in Abhängigkeit eines Summen-Moments berechnet wird. Letzteres wird über die Addition eines Soll-Moments mit einem Reibmoment bestimmt. Das Soll-Moment wiederum wird über einen Drehzahlregler in Abhängigkeit der Drehzahl-Regelabweichung berechnet.
Gemeinsames Merkmal der zuvor beschriebenen Verfahren ist deren Anwendung bei einem Common-Railsystem der ersten Bauart, also einem Common-Railsystem mit einer einzigen Hochdruckpumpe zur parallelen Kraftstoff-Förderung in das A-Seitige und B-Seitige Rail.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Konzept zur Bestimmung der Spritzdauer bei einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit einem getrennten Common-Railsystem auf der A-Seite und einem getrennten Common-Railsystem auf der B-Seite zu entwerfen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung sieht eine unterschiedliche Berechnung der Spritzdauer vor, je nachdem ob ein Injektor auf der A-Seite oder ein Injektor auf der B-Seite angesteuert werden soll. Die Spritzdauer zur Ansteuerung eines A-Seitigen Injektors wird hierbei in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge sowie einem A-Seitigen Ist-Raildruck über ein Injektorkennfeld berechnet. Die Spritzdauer zur Ansteuerung eines B-Seitigen Injektors wird ebenfalls in Abhängigkeit von der Soll-Einspritzmenge aber in Abhängigkeit von einem B-Seitigen Ist-Raildruck über dasselbe Injektorkennfeld berechnet. Die Soll-Einspritzmenge wird – wie aus dem Stand der Technik bekannt – an Hand der Drehzahl-Regelabweichung bestimmt.
Die Umschaltung vom A-Seitigen Ist-Raildruck als Eingangsgröße des Injektorkennfelds auf den B-Seitigen Ist-Raildruck als Eingangsgröße des Injektorkennfelds oder vice versa erfolgt in Abhängigkeit der Zündfolge der Brennkraftmaschine. Mit anderen Worten: Es wird immer derjenige Ist-Raildruck zur Berechnung der Spritzdauer verwendet, der zum aktuell anzusteuernden Injektor korrespondiert. Von Vorteil ist daher, dass bei zwei getrennten Common-Railsystemen die Spritzdauer des aktuellen Injektors korrekt berechnet wird. Die Umschaltbarkeit bietet den Vorteil, dass das Verfahren nur einen kurzen Prozesszyklus aufweist. Bis auf die Entwicklung der notwendigen Software kann das Verfahren ohne zusätzliche Herstellungskosten mit der vorhandenen Hardware realisiert werden.
Berechnet wird der A-Seitige Ist-Raildruck über ein Filter aus den Rohwerten des A-Seitigen Rails. Der B-Seitige Ist-Raildruck wird in analoger Weise bestimmt. Eine präzisere Anpassung des Verfahrens an die aktuellen Gegebenheiten wird dadurch erzielt, dass bei der Berechnung der Soll-Einspritzmenge ergänzend das Reibmoment mitberücksichtigt wird.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
1 ein Systemschaubild,
2 ein Blockschaltbild und
3 einen Programm-Ablaufplan.
Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1 mit einem getrennten Common-Railsystem auf der A-Seite und einem getrennten Common-Railsystem auf der B-Seite. Das Common-Railsystem auf der A-Seite umfasst als mechanische Komponenten eine Niederdruckpumpe 3A zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank 2, eine Saugdrossel 4A zur Beeinflussung des Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5A, ein Rail 6A und Injektoren 7A zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume auf der A-Seite der Brennkraftmaschine 1. Das Common-Railsystem auf der B-Seite umfasst dieselben mechanischen Komponenten, welche durch den Zusatz B bei den Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Gesteuert wird die Brennkraftmaschine 1 über ein elektronisches Motorsteuergerät 8 (ECU). In der 1 sind als Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 8 exemplarisch ein A-seitiger Raildruck pCR(A), ein B-seitiger Raildruck pCR(B), die Motordrehzahl nMOT und eine Größe EIN dargestellt. Die Größe EIN steht stellvertretend für die weiteren Eingangssignale, beispielsweise für die Öl- oder die Kraftstofftemperatur und eine aus dem Leistungswunsch des Bedieners abgeleitete Soll-Drehzahl. Die dargestellten Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 8 sind ein PWM-Signal PWM(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Saugdrossel 4A, ein leistungsbestimmendes Signal ve(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Injektoren 7A, ein PWM-Signal PWM(B) zur Ansteuerung der B-seitigen Saugdrossel 4B, ein leistungsbestimmendes Signal ve(B) zur Ansteuerung der B-seitigen Injektoren 7B und eine Größe AUS. Das leistungsbestimmende Signal ve(A) bzw. ve(B) beinhaltet den injektorindividuellen Spritzbeginn und die injektorindividuelle Spritzdauer. Die Größe AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein Stellsignal zur Ansteuerung eines AGR-Ventils. Das dargestellte Common-Railsystem kann selbstverständlich auch als Common-Railsystem mit Einzelspeichern ausgeführt sein.
Die 2 zeigt als Blockschaltbild ein momentenorientiertes Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine aus 1. Die dargestellten Elemente repräsentieren daher Programme, Programmteile oder Programmschritte eines ausführbaren Programms. Die Eingangsgrößen sind die Soll-Drehzahl nSL, ein Reibmoment MF, ein Maximal-Moment MMAX, eine Kraftstoffdichte DKR, eine Kraftstofftemperatur TKR, die Zündfolge ZF, ein Signal S1, der A-Seitige Ist-Raildruck pIST(A) und der B-Seitige Ist-Raildruck pIST(B). Die Ausgangsgröße entspricht den Rohwerten der Motordrehzahl nMOT.
Aus der Soll-Drehzahl nSL und der Ist-Drehzahl nIST wird zunächst die Drehzahl-Regelabweichung ep berechnet, Punkt A. Aus dieser bestimmt der Drehzahlregler 9 ein unbegrenztes Soll-Moment M1. Dieses wird über eine Begrenzung 10 auf das Maximal-Moment MMAX begrenzt. Typischerweise wird das Maximal-Moment MMAX aus der Ist-Drehzahl nIST, dem Ladeluftdruck und einem Luftmassenverhältnis bestimmt. Das begrenzte Soll-Moment MSL wird an einem Punkt B mit dem Reibmoment MF addiert. Das Reibmoment MF beschreibt die Abweichung zu einem unter Normbedingungen gemessenen Reibmoment. Dieses kann entweder als Gesamtmoment MFg oder als zylinderbezogenes Moment MFe ausgeführt sein. Die Auswahl erfolgt über einen Schalter 17 in Abhängigkeit des Signals S1. Ein entsprechendes Verfahren beschreibt die DE 10 2005 060 540 B3 . Das Ergebnis der Addition entspricht einem Summen-Moment MSUM, welches eine erste Eingangsgröße eines Wirkungsgrad-Kennfelds 11 (WKF) darstellt. Die zweite Eingangsgröße entspricht der Ist-Drehzahl nIST. Über das Wirkungsgrad-Kennfeld 11 wird eine Soll-Kraftstoffmasse mSL berechnet. Die Soll-Kraftstoffmasse mSL wird dann in Abhängigkeit der Kraftstoffdichte DKR, der Kraftstofftemperatur TKR und weiterer Größen über eine Berechnung 12 in die Soll-Einspritzmenge QSL umgerechnet. Die Soll-Einspritzmenge QSL ist die erste Eingangsgröße eines Injektorkennfelds 13 (IKF). Die zweite Eingangsgröße ist entweder der A-Seitige Ist-Raildruck pIST(A) oder der B-Seitige Ist-Raildruck pIST(B). Über einen Schalter 16 wird bestimmt ob der A-Seitige Ist-Raildruck pIST(A) oder der B-Seitige Ist-Raildruck pIST(B) die maßgebliche zweite Eingangsgröße ist. Angesteuert wird der Schalter 16 über die Zündfolge ZF der Brennkraftmaschine. Die Umschaltung erfolgt dabei so, dass derjenige Ist-Raildruck für die Berechnung der Spritzdauer SD verwendet wird, welcher zum aktuell anzusteuernden Injektor korrespondiert. Soll der A-Seitige Injektor (1: 7A) angesteuert werden, so nimmt der Schalter 16 die Stellung 1 ein. Soll hingegen der B-Seitige Injektor (1: 7B) angesteuert werden, so nimmt der Schalter 16 die Stellung 0 ein. Mit dem Ausgangssignal des Injektorkennfelds 13, also der Spritzdauer SD, wird dann der entsprechende Injektor beaufschlagt. In der Figur ist dies als Regelstrecke 14 dargestellt. Die Ausgangsgröße der Regelstrecke 14 entspricht den Rohwerten der Motordrehzahl nMOT. Über ein Filter 15 werden diese gefiltert und als Ist-Drehzahl nIST zurückgeführt. Damit ist der Regelkreis geschlossen.
In der 3 ist das Verfahren in einem Programm-Ablaufplan dargestellt. Die Berechnungen in den Schritten S1 bis S8 werden zeitsynchron mit einer Abtastzeit durchgeführt. Die Berechnungen in den Schritten S9 und S10 erfolgen winkelsynchron vor jedem Einspritzvorgang. Bei S1 werden die Rohwerte der Motordrehzahl nMOT eingelesen und die Ist-Drehzahl nIST über das Filter berechnet. Danach wird bei S2 die Soll-Drehzahl nSL, zum Beispiel an Hand der Leistungsvorgabe, berechnet. Bei S3 wird die Drehzahl-Regelabweichung ep aus der Differenz der Soll-Drehzahl nSL und der Ist-Drehzahl nIST bestimmt. Aus der Drehzahl-Regelabweichung ep bestimmt der Drehzahlregler an Hand seines Drehzahlregler-Algorithmusses, beispielsweise mit PIDT1-Verhalten, das unbegrenzte Soll-Moment M1, S4. Bei S5 wird das Soll-Moment M1 über die Begrenzung auf das Maximal-Moment MMAX begrenzt. Das Ausgangssignal entspricht dem begrenzten Soll-Moment MSL. Im Anschluss werden bei S6 das begrenzte Soll-Moment MSL und das Reibmoment MF miteinander addiert und aus dem Summen-Moment MSUM und der Ist-Drehzahl nIST wird über das Wirkungsgrad-Kennfeld die Soll-Kraftstoffmasse mSL berechnet, S7. An Hand der Soll-Kraftstoffmasse mSL und den Eigenschaften des Kraftstoffs (Dichte, Temperatur ...) wird bei S8 die Soll-Einspritzmenge QSL bestimmt. Bei S9 wird die Zündfolge ZF eingelesen und bei S10 der Schalter (2: 16) entsprechend gesetzt. Bei S11 wird der zutreffende Ist-Raildruck, beispielsweise der A-Seitige Ist-Raildruck pIST(A), eingelesen. Danach wird bei S12 über das Injektorkennfeld aus der Soll-Einspritzmenge QSL und beispielsweise dem A-Seitigen Ist-Raildruck pIST(A) der Spritzbeginn SD zur Ansteuerung des A-Seitigen Injektors berechnet und ausgegeben. Damit ist der Programm-Ablaufplan beendet.

1: Brennkraftmaschine
2: Tank
3A, 3B: Niederdruckpumpe
4A, 4B: Saugdrossel
5A, 5B: Hochdruckpumpe
6A, 6B: Rail
7A, 7B: Injektor
8: elektronisches Motorsteuergerät (ECU)
9: Drehzahlregler
10: Begrenzung
11: Wirkungsgrad-Kennfeld (WKF)
12: Berechnung
13: Injektorkennfeld (IKF)
14: Regelstrecke
15: Filter
16: Schalter
17: Schalter

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1) in V-Anordnung mit einem getrennten Common-Railsystem auf einer A-Seite sowie einem getrennten Common-Railsystem auf einer B-Seite der Brennkraftmaschine (1), bei dem eine Soll-Einspritzmenge (QSL) zumindest in Abhängigkeit einer Ist-Drehzahl (nIST) zu einer Soll-Drehzahl (nSL) berechnet wird, bei dem eine Spritzdauer (SD) zur Ansteuerung eines A-Seitigen Injektors (7A) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge (QSL) sowie einem A-Seitigen Ist-Raildruck (pIST(A)) über ein Injektorkennfeld (13) berechnet wird und bei dem die Spritzdauer (SD) zur Ansteuerung eines B-Seitigen Injektors (7B) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge (QSL) sowie einem B-Seitigen Ist-Raildruck (pIST(B)) über dasselbe Injektorkennfeld (13) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom A-Seitigen Ist-Raildruck (pIST(A)) als Eingangsgröße des Injektorkennfelds (13) auf den B-Seitigen Ist-Raildruck (pIST(B)) als Eingangsgröße des Injektorkennfelds (13) oder vice versa in Abhängigkeit der Zündfolge (ZF) umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der A-Seitige Ist-Raildruck (pIST(A)) aus den Rohwerten (pCR(A)) des A-Seitigen Rails (6A) über ein Filter bestimmt wird und der B-Seitige Ist-Raildruck (pIST(B)) aus den Rohwerten (pCR(B)) des B-Seitigen Rails (6B) über ein Filter bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Einspritzmenge (QSL) ergänzend in Abhängigkeit eines Reibmoments (MF) berechnet wird, wobei das Reibmoment (MF) entweder als Gesamtmoment (MFg) oder als zylinderbezogenes Moment (MFe) vorgegeben wird.