DE60306697T2

DE60306697T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors mit einem Common-Rail-Einspritzungssystem

Info

Publication number: DE60306697T2
Application number: DE60306697T
Authority: DE
Inventors: Marco 10129 Tonetti; Andrea 10094 Ruggiero
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: EP1336745B1; JP4671584B2; ITTO20020143A0; JP4504448B2; ATE333043T1; EP1336745A2; DE60306697D1; EP1336745A3; ES2266722T3; ITTO20020143A1; US7044118B2; US20030221680A1; JP2003293837A; JP2009041575A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzung eines Verbrennungsmotors.
Genauer kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft, jedoch nicht ausschließlich, in Dieselmotoren mit einem Common-Rail-Direkteinspritzungssystem verwendet werden, auf die sich die folgende Beschreibung lediglich beispielhaft bezieht.
Bekanntermaßen kann sich in gegenwärtigen Verbrennungsmotoren die Menge des Kraftstoffs, der bei jeder Einspritzung tatsächlich in jeden Zylinder eingespritzt wird, – sogar sehr – von der nominalen Kraftstoffmenge unterscheiden, die von der elektronischen Zentralsteuereinheit berechnet wurde, welche die Einspritzung entsprechend den Benutzervorgaben steuert und derzeit eingesetzt wird, um die Antriebszeit der Injektoren zu bestimmen.
Für den Unterschied zwischen der nominalen und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge sind verschiedene Faktoren verantwortlich, zu denen vor allem die Prozessstreubreite bei der Herstellung und Unterschiede in der Zeitabweichung bei den Injektoreigenschaften, das Altern des Einspritzungssystems, die Wirkung so genannter Druckwellen auf die Einspritzung usw. gehören.
Der Unterschied zwischen der theoretischen und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge hat extrem negative Auswirkungen – insbesondere auf die Höhe der Abgasemissionen aufgrund dessen, dass der Motor mit einem anderen als dem vorgesehenen Mischungsverhältnis arbeitet – und trägt in jedem Fall zur Verschlechterung der Leistungsspannbreite von Motoren, die mit diesem System ausgestattet sind, bei.
DE 19831748 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei Signale, die zur Steuerung der Endsteuerungselemente bestimmt sind, von Signalen herrühren, die mit Hilfe von Sensoren aufgenommen werden. Von einem Signal ausgehend, das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft angibt, kann mindestens eine erste gemessene Variable, die die Menge der Einlassluft angibt, und/oder eine zweite gemessene Variable, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas angibt, und/oder eine Sollwertvariable für eine Steuerungseinheit, die die zugeführte Luft beeinflusst, korrigiert werden. Mit der ersten gemessenen Variablen ist das Ausgangssignal eines Luftmassenmessers gegeben. Mit der zweiten gemessenen Variablen ist das Ausgangssignal einer Lambdasonde gegeben. Auf der Grundlage der Menge der Einlassluft und der Sauerstoffkonzentration im Abgas wird eine tatsächlich in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge berechnet, und die Kraftstoffeinspritzung wird solcherart gesteuert, dass die tatsächlich in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge einer in den Motor einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit von den Benutzervorgaben festgelegt ist, entspricht.
DE 3943207 offenbart eine Steuerung für das Kraftstoffverhältnis für einen Verbrennungsmotor mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung, wobei die Steuerung für das Kraftstoffverhältnis einen Sensor, der die Menge der einem Motorzylinder zugeführten Luft feststellt, einen Signalprozessor, der ein Signal, das die Motordrehzahlen darstellt, bereitstellt, und einen Sensor, der ein Mischungsverhältnis des Abgases jedes Motorzylinders bereitstellt, aufweist. Ein Mikroprozessor wertet die gemessenen Parameter aus, um die Kraftstoffmenge für jeden Kraftstoffeinspritzstrahl bei unabhängiger Regulierung der einzelnen Kraftstoffeinspritzstrahlen berechnet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzung bereitzustellen, die konstruiert ist, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzung eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 bzw. 10 bereitgestellt.
Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein hoch schematisches Diagramm der Einspritzungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein detaillierteres Diagramm der Einspritzungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezugszeichen 1 in 1 bezeichnet einen Turbo-Dieselmotor mit Direkteinspritzung, der einen Turbolader mit variabler Geometrie 2; ein Common-Rail-Einspritzungssystem 3; ein Verbrennungsabgassystem 4; ein Abgasrückführungssystem (EGR) 5 und ein elektronisches Steuerungssystem 6 für die Steuerung der Einspritzung und die Diagnose von Leckage im Einspritzungssystem umfasst. Genauer zeigt die 1 von den oben genannten Systemen und dem elektronischen Steuerungssystem nur die Bestandteile, die für ein eindeutiges Verständnis der vorliegenden Erfindung dienlich sind.
Eine detailliertere Beschreibung der oben genannten Systeme findet sich beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 00104651.5, die am 03.03.2000 vom Anmelder eingereicht und am 13.09. 2000 unter der Nummer EP 1035314 veröffentlicht wurde.
Genauer umfasst das Common-Rail-Einspritzungssystem 3 einen Lufteinlasskrümmer 7, entlang dessen bekanntermaßen eine normal elektrisch gesteuerte Drosselklappe (nicht dargestellt); eine Anzahl von Injektoren 8 – einer für jeden Zylinder 9 des Motors 1 (und von denen nur einer dargestellt ist) -, die den Zylindern 9 des Motors 1 unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführen; einen Hochdruckförderkreislauf (nicht dargestellt), der den Injektoren 8 unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführt; und ein Niedrigdruckförderkreislauf (nicht dargestellt), der dem Hochdruckförderkreislauf unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff zuführt, angeordnet sind.
Bei jedem Arbeitstakt des Motors und in jedem Zylinder 9 des Motors 1 setzt das Common-Rail-Einspritzungssystem 3 eine Kraftstoffeinspritzungsstrategie um, zu der mehrere, aufeinander folgende Einspritzungen gehören, die eine Haupteinspritzung, die etwa an der Position des oberen Totpunkts am Ende der Verdichtung durchgeführt wird; eine erste Voreinspritzung, die der Haupteinspritzung vorausgeht und bei dem Verdichtungstakt durchgeführt wird; eine zweite Voreinspritzung, die der Haupteinspritzung vorausgeht und der ersten Voreinspritzung folgt; eine erste Nacheinspritzung, die der Haupteinspritzung folgt; und eine zweite Nacheinspritzung, die der ersten Nacheinspritzung folgt und bei dem Ausstoßtakt durchgeführt wird, umfassen, wobei die zweite Voreinspritzung und die erste Nacheinspritzung nahe genug zur Haupteinspritzung durchgeführt werden, um zusammen mit letzterer an der eigentlichen Kraftstoffverbrennung teilzunehmen.
Weitere Einzelheiten zu den oben genannten mehreren Einspritzungen finden sich in der vorhergehend genannten europäischen Patentanmeldung.
Die Abgasanlage 4 umfasst einen Auspuffkrümmer 10, entlang dessen der Turbolader 2, ein Voroxidationskatalysator 11 nahe des Turboladers 2, möglicherweise ein Partikelfilter (nicht dargestellt) und ein dem Partikelfilter vorgeschalteter, eigentlicher Oxidationskatalysator (nicht dargestellt) nacheinander angeordnet sind.
Das Abgasrückführungssystem 5 sorgt für die Rückführung eines Teils des vom Motor 1 erzeugten Abgases in den Lufteinlasskrümmer 7, um die Verbrennungstemperatur zu verringern und die Bildung von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren, und ist schematisch durch eine Abgasrückführungsleitung 12 dargestellt, die den Abgaskrümmer 10 an einem dem Turbolader 2 vorgeschalteten Punkt mit dem Lufteinlasskrümmer 7 an einem der Drosselklappe nachgeschalteten Punkt und mit einem regulierenden oder so genannten EGR-Magnetventil verbindet, das sich am Ende der Abgasrückführungsleitung 12 befindet, an dem Punkt, wo diese im Inneren des Lufteinlasskrümmers 7 mundet.
Das elektronische Steuerungssystem 6 umfasst unter anderem einen Luftmassenmesser (Debimeter) 14, der sich entlang des Lufteinlasskrümmers 7, der Drosselklappe nachgeschaltet, befindet und ein elektrisches Signal ausgibt, das den Einlassluftstrom LUFT_MESS angibt; einen Sensor für die proportionale Sauerstoffkonzentration oder eine so genannte UEGO-Sonde 15, die sich entlang des Auspuffkrümmers 10 befindet, zwischen dem Turbolader 2 und dem Voroxidationskatalysator 11, und ein elektrisches Signal ausgibt, das den Sauerstoffprozentsatz im Abgas, genauer anteilig zur Abgaszusammensetzung angibt, d.h. das Luft/Kraftstoffgemisch der verbrannten Mischung (L/K); und eine elektronische Zentralsteuereinheit 16, die mit dem Luftmassenmeter 14 und dem Sensor für die proportionale Sauerstoffkonzentration 15 verbunden ist und unter anderem Signale für die Betätigung der Injektoren 8 und ein Signal für die Betätigung des EGR-Magnetventils 13 liefert.
Was die Angaben betrifft, die der Sensor für die anteilige Sauerstoffkonzentration 15 liefert, so bezeichnen diese zum Zwecke der Vereinfachung in der folgenden Beschreibung nicht die Abgaszusammensetzung (L/K), sondern eine Größenordnung, die in der Motortechnik als „Abgas-Lambdawert" (oder „Wert der Restluft im Abgas" bekannt ist und mit λ_UEGO angegeben wird und die nichts anderes ist als die Abgaszusammensetzung (L/K), die hinsichtlich des stöchiometrischen Verhältnisses (14,56 für Diesel-Kraftstoff) vereinheitlicht wurde, d.h. die als das Verhältnis zwischen der Abgaszusammensetzung (L/K)_ABGAS und dem stöchiometrischen Verhältnis (L/K)_{STÖCHIOMETRISCH} definiert ist, d. h. λ_UEGO = (L/K)_ABGAS/(L/K)_{STÖCHIOMETRISCH}.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der eingespritzten Kraftstoffmenge auf der Grundlage des Abgaslambdawertes λ_UEGO durch, sowie eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der zurückgeführten Abgasmenge auf der Grundlage des Einlassluftstroms LUFT_MESS indem sie die Operationen ausführt, die nachfolgend mit Bezug auf das Betriebsblockdiagramm in der elektronischen Zentralsteuereinheit 16 in 1 beschrieben werden.
Genauer führt die elektronische Zentralsteuereinheit 16 einen ersten Berechnungsblock 17 aus, der den Abgaslambdawert und λ_UEGO den Lufteinlassstrom LUFT_MESS erhält und eine vorberechnete Gesamtkraftstoffmenge M_BER ausgibt, die als das Verhältnis zwischen Lufteinlassstrom LUFT_MESS und Abgaslambdawert λ_UEGO berechnet wird und die Gesamtkraftstoffmenge angibt, die tatsächlich bei jedem Arbeitstakt des Motors in den Motor eingespritzt wird.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt ferner einen zweiten Berechnungsblock 18 aus, der einen Referenzlambdawert λ_REF erhält, der in einem Kennfeld als Funktion des Betriebspunktes des Motors gespeichert ist und einen Optimalwert für die Reduzierung von schädigenden Emissionen, insbesondere NOx, darstellt sowie eine nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST, die die Gesamtkraftstoffmenge angibt, die bei jedem Arbeitstakt des Motors eingespritzt werden muss, um die Benutzervorgaben zu erfüllen, und die von der elektronischen Zentralsteuereinheit 16 auf der Grundlage der Position des Gaspedals berechnet wird und die einen Referenzwert für den Luftstrom LUFT_REF ausgibt, der als das Produkt aus dem Referenzlambdawert λ_REF und der nominalen Gesamtkraftstoffmenge Q_LAST berechnet wird und den Luftstrom angibt, der im Lufteinlasskrümmer benötigt wird, um den Referenzlambdawert λ_REF zu erzielen.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt auch einen EGR-Steuerungsblock 19 aus, zur Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der zurückgeführten Abgasmenge, und einen Einspritzungssteuerungsblock 20 zur Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der eingespritzten Kraftstoffmenge.
Genauer erhält der EGR-Steuerungsblock 19 einen tatsächlichen Luftstromwert LUFT_MESS und einen Referenzwert für den Luftstrom LUFT_REF und gibt ein Signal zur Betätigung des EGR-Magnetventils aus, das in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luftstrom LUFT_MESS und dem Referenzluftstrom LUFT_REF erzeugt wird, damit beide auf denselben Wert gebracht werden, d.h. so dass der tatsächliche Luftstrom LUFT_MESS im Lufteinlasskrümmer 7 gleich dem Referenzluftstrom LUF_REF ist, der wiederum vom Referenzlambdawert λ_REF abhängt. Genauer wird das Signal zur Betätigung des EGR-Magnetventils in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luftstrom LUFT_MESS und dem Referenzluftstrom LUFT_REF erzeugt, indem eine bekannte PID-Steuerung (Proportional Integral Derivative), die nicht im Einzelnen beschrieben wird, ausgeführt wird.
Der Einspritzungssteuerungsblock 20 andererseits erhält einen Wert für die nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST und eine vorberechnete Gesamtkraftstoffmenge M_BER und gibt ein Signal zur Betätigung der Injektoren 8 aus, das in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST und der berechneten Gesamtkraftstoffmenge M_BER erzeugt wird, damit beide auf denselben Wert gebracht werden, d.h. so dass die Gesamtkraftstoffmenge, die bei jedem Arbeitstakt des Motors in den Motor 1 eingespritzt wird, gleich der nominalen Kraftstoffmenge ist, die von der elektronischen Zentralsteuereinheit 16 berechnet wird.
Genauer und wie mit Bezug auf 2 an späterer Stelle detaillierter erläutert, wird der Unterschied zwischen der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST und der vorberechneten Gesamtkraftstoffmenge M_BER benutzt, um in stabilem Zustand einen Korrekturkoeffizienten zu berechnen, mit dem die nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST korrigiert werden soll. Die Signale zur Betätigung der Injektoren 8 werden dann auf der Grundlage der berechneten korrigierten Gesamtkraftstoffmenge erzeugt, um sicherzustellen, dass die korrigierte Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt wird. Auf diese Weise wird die tatsächlich eingespritzte Gesamtkraftstoffmenge der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST, die von der elektronischen Zentralsteuereinheit 16 berechnet wurde, um die Benutzervorgaben zu erfüllen, angeglichen.
Das Endergebnis der kombinierten Strategien der Einspritzungs- und EGR-Steuerung ist, dass der von der UEGO-Sonde gemessene Abgaslambdawert gleich dem gespeicherten Referenzlambdawert ist. Mathematisch ausgedrückt gibt die Injektionssteuerung mit geschlossenem Regelkreis auf der Grundlage der UEGO-Sonde eigentlich M_LAST = M_BER (1) aus, während die EGR-Steuerung mit geschlossenem Regelkreis LUFT_MESS = LUFT_REF (2) ausgibt. Da aber M_BER = LUFT_MESS/λ_UEGO (3) ist und LUFT_MESS = M_LAS _T·λ_REF (4), ergibt das Einsetzen von (4), (2) und (3) in (1) in dieser Reihenfolge λ_UEGO = λ_REF.
2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm, wie die elektronische Zentralsteuereinheit 16 die Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der eingespritzten Kraftstoffmenge gemäß der Erfindung konkret berechnet.
Wie in 2 dargestellt, führt die elektronische Zentralsteuereinheit 16 einen Subtraktionsblock 21 aus, der einen Wert für die nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST und eine berechnete Gesamtkraftstoffmenge M_BER erhält und eine Einspritzungsabweichung ERR ausgibt, die gleich der Differenz zwischen der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST und der berechneten Gesamtkraftstoffmenge M_BER ist.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt einen Integralsteuerungsblock 22 aus, der die Einspritzungsabweichung ERR erhält, eine bekannte direkte Integralsteuerung, die nicht im Einzelnen beschrieben wird, ausführt und einen kompensierenden Korrekturfaktor KKF ausgibt, der aus der Integrierung der Einspritzungsabweichung ERR in Zeit gewonnen wird.
Genauer weist die vom Integralsteuerungsblock 22 durchgeführte Einspritzungssteuerung eine Reaktionsgeschwindigkeit auf, die relativ gering sein muss, da sie den Leseverzögerungen der eingesetzten Sensoren, insbesondere der UEGO-Sonde unterliegt, vor allem aber, weil sie keinesfalls von dem Fahrzeugnutzer wahrgenommen werden darf oder die Leerlaufsteuerung, das Fahrverhalten oder andere Fahrzeugsteuerungsgeräte (ASR, MSR, ESP usw.) beeinträchtigen darf.
Die Steuerung durch den Integralsteuerungsblock 22 ist nur aktiviert, wenn die UEGO-Sonde thermisch stabil ist und keine Bedingungen vorliegen, in denen die Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors 1 deaktiviert ist.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt auch einen Multiplikationsblock 23 aus, der den kompensierenden Korrekturfaktor KKF und einen sich selbst anpassenden Korrekturfaktor AKF, der unten beschrieben ist, erhält und einen Gesamtkorrekturfaktor GKF ausgibt, der gleich dem Produkt aus kompensierendem Korrekturfaktor KKF und sich selbst anpassendem Korrekturfaktor AKF ist.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt auch einen Einspritzungskorrekturblock 24 aus, um in Abhängigkeit vom Gesamtkorrekturfaktor GKF eine proportionale oder Multiplikationskorrektur der Kraftstoffmenge vorzunehmen, die bei jeder der mehreren Einspritzungen, die in jedem der Motorenzylinder bei jedem Arbeitstakt des Motors durchgeführt wird, eingespritzt wird.
Genauer umfasst der Einspritzungskorrekturblock 24 eine Anzahl von Multiplikationsblöcken 25, einen für jede der mehreren Einspritzungen, die in jedem Motorenzylinder bei jedem Arbeitstakt des Motors durchgeführt wird, und von denen jeder den Gesamtkorrekturfaktor GKF und eine entsprechende einzelne nominale Kraftstoffmenge M_INJi erhält, die die Kraftstoffmenge angibt, die bei der jeweiligen einzelnen der mehreren Einspritzungen eingespritzt werden soll, und gibt eine korrigierte Kraftstoffmenge M_KORi aus, die gleich dem Produkt aus der jeweiligen einzelnen Kraftstoffmenge M_INJi und dem Gesamtkorrekturfaktor GKF ist.
Der Einspritzungskorrekturblock 24 trifft auch die Wahl, ob alle oder nur einige der mehreren Einspritzungen korrigiert werden sollen.
Die einzelnen nominalen Kraftstoffmengen M_INJi, die dem Einspritzungskorrekturblock 24 zugeführt werden, werden von einem Einspritzungsaufsplittungsblock 26 als Funktion der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST berechnet und hängen von der erforderlichen Einspritzungsstrategie ab. In jedem Fall muss die Summe der einzelnen nominalen Kraftstoffmengen M_INJi gleich der nominalen Gesamtkraftstoffmenge M_LAST sein, die von der elektronischen Zentralsteuereinheit 16 berechnet wurde, um die Benutzervorgaben zu erfüllen.
Die korrigierten Kraftstoffmengen M_KORi werden einem Antriebsblock 27 zugeführt, der die Antriebszeit der Injektoren für jede der mehreren Einspritzungen und für jeden Injektor 8 in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck D_RAIL im Common Rail des Injektionssystems berechnet, um somit sicherzustellen, dass die korrigierten Kraftstoffmengen M_CORi eingespritzt werden. Genauer ist in dem Antriebsblock 27 ein Kennfeld des nominalen Antriebs gespeichert, die den Parameter Antriebszeit-Einspritzungsmenge eines Injektoren in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck D_RAIL im Common Rail definiert, d.h. das einen entsprechenden Wert für die Antriebszeit des Injektoren für jeden der Werte für die korrigierten Kraftstoffmengen M_KORi und jeden Wert für den Kraftstoffdruck im Common Rail enthält. Dann werden entsprechende Signale zur Betätigung der Injektoren ET auf der Grundlage der berechneten Antriebszeiten erzeugt.
Die elektronische Zentralsteuereinheit 16 führt auch einen Berechnungsblock 28 aus, der den Abgaslambdawert λ_UEGO und den Lufteinlassstrom LUFT_MESS erhält und die vorberechnete Gesamtkraftstoffmenge M_BER als das Verhältnis zwischen dem Lufteinlassstrom LUFT_MESS und dem Abgaslambdawert λ_UEGO ausgibt, die dem Subtraktionsblock 1 zugeführt wird, um die Einspritzungsabweichung ERR zu berechnen.
Der sich selbst anpassende Korrekturfaktor AKF wird von einem sich selbst anpassenden Block 29 als eine Funktion des Betriebspunktes des Motors, definiert durch Geschwindigkeit und Last, ausgegeben, d.h. als Motorgeschwindigkeit RPM und nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST- Genauer ist in dem sich selbst anpassenden Block 29 ein sich selbst anpassendes Kennfeld gespeichert, das einen entsprechenden Wert für den sich selbst anpassenden Korrekturfaktor AKF für jede Kombination aus Motorgeschwindigkeit RPM und den Werten für die nominale Gesamtkraftstoffmenge M_LAST enthält.
Das sich selbst anpassende Kennfeld muss differenziert werden, wenn verschiedene Einspritzungskennfelder existieren (Anzahl der Einspritzungen pro Arbeitstakt des Motors, Einpritzungsführung, eingespritzte Kraftstoffmenge, Einspritzungsdruck), d.h. in dem sich selbst anpassenden Block kann eine Anzahl von sich selbst anpassenden Kennfeldern gespeichert sein, die sich jeweils auf ein dazugehöriges Einspritzungskennfeld beziehen, das sich wiederum auf eine dazugehörige Betriebsbedingung des Motors oder Fahrzeugs bezieht.
Wenn im fraglichen Fall ein Einspritzungskennfeld, das verwendet werden soll, wenn sich der Motor auf einer konstanten Temperatur und in normalen Betriebsbedingungen befindet, ein Einspritzungskennfeld, das verwendet werden soll, wenn der Motor kalt ist, und ein Einspritzungskennfeld, das verwendet werden soll, wenn der Partikelfilter (DPF – Diesel-Partikelfilter) oder der DeNOx-Katalysator (NOx-Absorbierer) regeneriert wird, bereitgestellt werden, so sind drei sich selbst anpassende Kennfelder in dem sich selbst anpassenden Block gespeichert, wobei sich jedes auf eine der oben genannten Bedingungen bezieht und unter diesen verwendet wird.
Unter einer der oben genannten Bedingungen wird das entsprechende sich selbst anpassende Kennfeld aktiviert und gibt einen sich selbst anpassenden Korrekturfaktor AKF in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors aus, wie er durch Geschwindigkeit und Last definiert ist. Wenn das Einspritzungssystem korrekt funktioniert, muss der sich selbst anpassende Korrekturfaktor AKF Werte in der Region um 1 annehmen (z.B. in der Spanne zwischen 0,8 und 1,2).
Zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen wird, wann immer ein stabiler Zustand eintritt (d.h. wenn Geschwindigkeit und Last über eine gegebene Zeitspanne mehr oder weniger konstant bleiben), das sich selbst anpassende Kennfeld, das zu diesem Zeitpunkt benutzt wird, geschrieben oder aktualisiert.
Genauer wird der kompensierende Korrekturfaktor KKF, der von dem Intergralsteuerungsblock berechnet wurde, in das sich selbst anpassende Kennfeld eingegeben und wird mit dem bereits in der Zelle vorhandenen Wert multipliziert.
Um zu vermeiden, dass das sich selbst anpassende Kennfeld ständig unnötig neu geschrieben wird, wird die oben genannte Operation nur dann ausgeführt, wenn der kompensierende Korrekturfaktor KKF signifikant verschieden von 1 ist (z.B. kleiner als 0,99 oder größer als 1,01). In jedem Fall sind die Werte für den sich selbst anpassenden Korrekturfaktor AKF, die in dem sich selbst anpassenden Kennfeld gespeichert sind, auf eine Spanne beschränkt, die gleich oder etwas größer als die zulässige Spanne für den kompensierenden Korrekturfaktor KKF ist (z.B. 0,7 bis 1,3).
Die Werte für den kompensierenden Korrekturfaktor KKF, die in Zellen des sich selbst anpassenden Kennfeld neben der Zelle, die den aktualisierten Wert enthält, gespeichert sind, können wiederum durch eine entsprechende Aktualisierungsausbreitungsstrategie aktualisiert werden. Und im selben Moment, in dem das sich selbst anpassende Kennfeld aktualisiert wird, wird der Integralsteuerungsblock zurückgesetzt (kompensierender Korrekturfaktor KKF ist gleich 1), um die Zuführung eines kontinuierlichen Drehmoments zu gewährleisten.
Der Gesamtkorrekturfaktor GKF, der gleich dem Produkt aus dem kompensierenden Korrekturfaktor KKF und dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor AKF ist, wird verwendet, um einzelne Kraftstoffmengen M_INJi der verschiedenen mehreren Einspritzungen individuell zu korrigieren und korrigierte Kraftstoffmengen M_KORi zu erhalten. Mit Hilfe des Antriebskennfeldes 27 (das unverändert bleibt) werden Antriebssignale EF zur Zuführung zu den Injektoren erzielt, um sicherzustellen, dass die gewünschte Kraftstoffmenge tatsächlich eingespritzt wird.
Wenn das sich selbst anpassende Kennfeld verändert wurde, während die elektronische Zentralsteuereinheit 16 ausgeschaltet ist, wird das neue sich selbst anpassende Kennfeld gespeichert (typischerweise in einem EEPROM) und neu geladen, wenn die Einheit das nächste Mal angeschaltet wird.
Um die Aktualisierungsausbreitung besser zu steuern, ist jedes sich selbst anpassende Kennfeld mit einem entsprechenden Aktualisierungskennfeld ausgestattet, das speichert, welche Zellen im dazugehörigen sich selbst anpassenden Kennfeld direkt aktualisiert wurden.
Es sollte betont werden, dass in der Steuerungsstruktur der 2 der sich selbst anpassende Korrekturfaktor, der vom sich selbst anpassenden Kennfeld ausgegeben wird, hauptsächlich für die Korrektur der Kraftstoffmenge verantwortlich ist, die an einem gegebenen Betriebspunkt des Motors und unter gegebenen Betriebsbedingungen (Einspritzungsdruck, Motortemperatur usw.) eingespritzt wird, während der vom Integralsteuerungsblock ausgegebene kompensierende Korrekturfaktor allein für die Kompensierung von Abweichungen sorgt, die von aktuellen Betriebsbedingungen hervorgerufen werden, die sich von denen unterscheiden, in denen das sich selbst anpassende Kennfeld aktualisiert wird. Tatsächlich ist der kompensierende Korrekturfaktor, wenn aktuelle Betriebsbedingungen mit denen des sich selbst anpassenden Kennfeldes übereinstimmen, gleich 1.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich.
Insbesondere sorgt die vorliegende Erfindung dafür, dass alle Faktoren (Spannbreite der Injektoreigenschaften und Zeitabweichungen, Alterung des Einspritzungssystems, Druckwellen usw.), die für den Unterschied zwischen den nominalen und den tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen verantwortlich sind, vollständig kompensiert werden und so eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Höhe der Abgasemissionen und der Spannbreite der Motorleistung ermöglicht.
Außerdem sorgt das Festlegen eines Korrekturfaktors, der sich auf den aktuellen Betriebspunkt des Motors bezieht, im Gegensatz zu einem einzigen Korrekturfaktor, ferner für die Reduzierung der Emissionshöhe und der Spannbreite der Motorleistung.
Als ein weiterer wichtiger Punkt ist anzumerken, dass wie in derzeit produzierten Zentralsteuereinheiten die oben beschriebene Strategie einen Luftstromsensor (Debimeter) zur Steuerung des zurückgeführten Abgasstroms (EGR) und somit des Lambdawertes, mit dem der Motor tatsächlich arbeitet, einsetzt. Wie jeder andere Sensor unterliegt auch das Debimeter Messabweichungen, Ableseabweichungen und mit der Zeit einem Messgerätedrift. In derzeit genutzten Strategien bedeutet eine Ableseabweichung bei dem Einlassluftstrom eine Abweichung im Betriebslambdawert, was eine ernsthafte Auswirkung auf schädliche Emissionen hat. Die oben beschriebene Strategie hingegen ermöglicht es dem Motor, selbst bei einer Ableseabweichung bei einem Einlassluftstrom mit dem gewünschten Lambdawert (λ_REF) zu arbeiten und so eine Verschlechterung der Schadstoffhöhe zu ver meiden. Dies ergibt sich aus der kombinierten Wirkung der beiden EGR- und Kraftstoffmengensteuerungen, deren Endergebnis λ_UEGO = λ_REF ergibt, d. h. der von der UEGO-Sonde gemessene Lambdawert (mit dem der Motor tatsächlich arbeitet) ist exakt gleich dem Wert, der von der Zentralsteuereinheit vorgegeben wird (siehe die oben stehende Demonstration mit Verweis auf die Gleichungen (1), (2), (3) und (4), die auch bei einer Ableseabweichung bei dem Einlassluftstrom gilt).
Schließlich können die von dem Intergralsteuerungsblock und dem sich selbst anpassenden Kennfeld ausgegebenen Korrekturfaktoren vorteilhaft für diagnostische Zwecke genutzt werden, um den Grad und die Geschwindigkeit des Messgerätedrifts und den korrekte Betrieb des Einspritzungssystems zu bestimmen.
Offensichtlich können an dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung und Darstellung Änderungen vorgenommen werden, ohne jedoch vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Beispielsweise kann der Luftstrom in dem Lufteinlasskrümmer, statt direkt von einem Debimeter gemessen zu werden, indirekt aus Angaben bestimmt werden, die von anderen Sensoren ausgegeben werden.
Auch kann der Gesamtkorrekturfaktor, statt das Produkt aus dem kompensierenden Korrekturfaktor und dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor zu sein, sogar allein mit dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor übereinstimmen, und der kompensierende Korrekturfaktor kann lediglich zum Aktualisieren des sich selbst anpassenden Kennfeldes benutzt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Verbrennungsmotors (1), das folgende Schritte umfasst: – das Bestimmen einer nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) für die Einspritzung in den Motor (1) in Abhängigkeit von Benutzervorgaben, – das Vorberechnen der Kraftstoffmenge (M_BER), die tatsächlich in den Motor (1) eingespritzt wird, in Abhängigkeit vom Lufteinlassstrom (LUFT_MESS) und der Abgaszusammensetzung (λλ_UEGO), und – das Steuern der Kraftstoffeinspritzung in den Motor (1), so dass die vorberechnete Kraftstoffmenge (M_BER) im Wesentlichen gleich der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns der Kraftstoffeinspritzung in den Motor die folgenden Schritte umfasst: – das Erzeugen eines sich selbst anpassenden Kennfeldes (29), das eine Anzahl von sich selbst anpassenden Korrekturfaktoren (AKF) speichert, von denen sich jeder auf einen dazugehörigen Betriebspunkt des Motors, wie er durch Geschwindigkeit und Last definiert ist, bezieht, – das Korrigieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) an einem gegebenen Betriebspunkt des Motors in Abhängigkeit von dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF), der sich auf den Betriebspunkt des Motors bezieht, – das Einspritzen der korrigierten Kraftstoffmenge (M_KOR) in den Motor (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) folgenden Schritt umfasst: – das Vornehmen einer proportionalen Korrektur der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) in Abhängigkeit von einem sich selbst anpassenden Korrekturfaktoren (AKF).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des proportionalen Korrigierens folgenden Schritt umfasst: – das Multiplizieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) mit dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktoren (AKF).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns der Kraftstoffeinspritzung in den Motor folgende Schritte umfasst: – das Bestimmen eines kompensierenden Korrekturfaktors (KKF) in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der vorberechneten Kraftstoffmenge (M_BER) und der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) und – das Korrigieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) in Abhängigkeit von dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens eines kompensierenden Korrekturfaktors (KKF) folgende Schritte umfasst: – das Bestimmen einer Einspritzungsabweichung (ERR), die sich auf den Unterschied zwischen der vorbe rechneten Kraftstoffmenge (M_BER) und der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) bezieht, und – das Bestimmen des kompensierenden Korrekturfaktors (KKF) in Abhängigkeit vom Integral der Einspritzungsabweichung (ERR).
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Korrigierens der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) in Abhängigkeit von dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF) folgenden Schritt umfasst: – das Multiplizieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) mit dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) und dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgenden Schritt umfasst: – das Aktualisieren des sich selbst anpassenden Kennfeldes (29) in Abhängigkeit von dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktualisierens des sich selbst anpassenden Kennfeldes für einen gegebenen Betriebspunkt des Motors folgenden Schritt umfasst: – das Ersetzen des sich selbst anpassenden Korrekturfaktors (AKF), der sich auf den Betriebspunkt des Motors bezieht, durch das Produkt aus dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) selbst und dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF), der für denselben Betriebspunkt des Motors berechnet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgenden Schritt umfasst: – das Steuern der zum Motor (1) zurückgeführten Abgasmenge, so dass der Lufteinlassstrom (LUFT_MESS) im Wesentlichen gleich einem Referenzluftstrom (LUFT_REF) ist, der in Abhängigkeit von der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) und einem Referenzverhältnis (λ_REF) berechnet wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzung eines Verbrennungsmotors (1), die Folgendes umfasst: – ein erstes Berechnungsmittel (16) zum Bestimmen einer nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) zur Einspritzung in den Motor (1) in Abhängigkeit von Benutzervorgaben, – Vorberechnungsmittel (28) zum Vorberechnen der Kraftstoffmenge (M_BER), die in Abhängigkeit vom Lufteinlassstrom (LUFT_MESS) und der Abgaszusammensetzung (λ_UEGO) tatsächlich in den Motor (1) eingespritzt wird, und – ein erstes Steuerungsmittel (20) zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung des Motors (1), so dass die vorberechnete Kraftstoffmenge (M_BE _R) im Wesentlichen gleich der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerungsmittel (20) Folgendes umfasst: – ein sich selbst anpassendes Kennfeld (29), das eine Anzahl von sich selbst anpassenden Korrekturfaktoren (AKF) speichert, von denen sich jeder auf einen dazugehörigen Betriebspunkt des Motors, wie er durch Geschwindigkeit und Last definiert ist, bezieht, – erste Korrekturmittel (23, 24) zum Korrigieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) an einem gegebenen Betriebspunkt des Motors in Abhängigkeit von dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF), der sich auf den Betriebspunkt des Motors bezieht, und – ein erstes Einspritzungsmittel (8) zum Einspritzen der korrigierten Kraftstoffmenge (M_KOR) in den Motor (1).
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Korrekturmittel (23, 24) eine proportionale Korrektur der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) in Abhängigkeit von einem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) vornehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Korrekturmittel erste Multiplikationsmittel (23, 24) zum Multiplizieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) mit dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerungsmittel (20) ferner Folgendes umfasst: – zweite Berechnungsmittel (21, 22) zum Berechnen eines kompensierenden Korrekturfaktors (KKF) in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der vorberechneten Kraftstoffmenge (M_BER) und der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) und – zweite Korrekturmittel (23, 24) zum Korrigieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) in Abhängigkeit von dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Berechnungsmittel (21, 22) Folgendes umfassen: – ein drittes Berechnungsmittel (21) zum Berechnen einer Einspritzungsabweichung (ERR), die sich auf den Unterschied zwischen der berechneten Kraftstoffmenge (M_BER) und der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) bezieht, und – ein viertes Berechnungsmittel (22) zum Berechnen des kompensierenden Korrekturfaktors (KKF) in Abhängigkeit vom Integral der Einspritzungsabweichung (ERR).
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Korrekturmittel (23, 24) Folgendes umfassen: – zweite Multiplikationsmittel (23, 24) zum Multiplizieren der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) mit dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) und dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Folgendes umfasst: – Aktualisierungsmittel (29, 30) zum Aktualisieren des sich selbst anpassenden Kennfeldes (29) in Abhängigkeit von dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF).
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für einen gegebenen Betriebspunkt des Motors die Aktualisierungsmittel (29, 30) den sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF), der sich auf den Betriebspunkt des Motors bezieht, durch das Produkt aus dem sich selbst anpassenden Korrekturfaktor (AKF) selbst und dem kompensierenden Korrekturfaktor (KKF), der für denselben Betriebspunkt des Motors berechnet wurde, ersetzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Folgendes umfasst: – ein zweites Steuerungsmittel (19) zum Steuern der zum Motor (1) zurückgeführten Abgasmenge, so dass der Lufteinlassstrom (LUFT_MESS) im Wesentlichen gleich einem Referenzluftstrom (LUFT_REF) ist, der in Abhängigkeit von der nominalen Kraftstoffmenge (M_LAST) und einem stöchiometrischen Lambdawert (λ_REF) berechnet wird.