WO2007082628A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Stefan Schempp
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. Normally, so-called injectors are used in internal combustion engines to the internal combustion engine
  • actuators that can be designed as a piezoelectric actuator or as a solenoid valve actuator. These actuators release the fuel metering depending on a drive signal or prevent fuel metering. This drive signal is usually provided by an output stage.
  • At least one main injection and at least one pre-injection and at least temporarily at least one post-injection is provided per injection cycle.
  • the pilot injection or the pilot injections serve to condition the combustion chamber and thus to
  • the post-injection is used in particular for the regeneration of an exhaust aftertreatment system.
  • the pilot injection, the main injection, and the post injection are also referred to as split injections.
  • each actuator is assigned an injection range. which extends over the angular interval between the control start of the earliest pilot injection of a cylinder to the beginning of the earliest pilot injection of the cylinder following in the firing order, which is driven by the same output stage.
  • post-injections which are often supposed to be very late.
  • Such late post-injections are necessary, for example, for the regeneration of a particulate filter.
  • post-injection in the range of up to 220 ° crankshaft after top dead center of the respective main injection are required.
  • the procedure according to the invention with the features of the independent claim has the advantage over the prior art that overlapping activations do not occur in a final stage.
  • This makes it possible to place not torque-relevant injections in a cylinder in the same angular range as torque-relevant injections of another cylinder, without it being affected by the torque-relevant injections.
  • the angular range of 720 ° per cylinder number available for injection is thus extended with restrictions to a full 720 °.
  • it is advantageous that the torque and exhaust gas and noise-relevant injections do not have to be shifted and not shortened or lengthened. Consequently, there are no effects on the running and emission behavior of the engine.
  • a desired interval is defined, which is defined by an earliest possible beginning and a latest possible end.
  • the partial injection whose displacement is possible such that it does not hinder partial injections whose shifts is not desired.
  • the displacement of which is possible which is to be measured on average over several injection cycles. This makes it possible to distribute the injection quantity over several injection cycles (also unevenly). This is possible within certain limits in the case of partial injections which serve for the treatment of exhaust gas. By this procedure, there is a further latitude in the distribution of the second partial injection, in particular the post-injections.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for injecting fuel into an internal combustion engine
  • Figure 2 shows different over the time or over the angle of the crankshaft plotted signals.
  • FIG. 1 shows the essential elements of a device for controlling an internal combustion engine.
  • An injection control is denoted by 100, which acts on an output stage 110 with drive signals A; depending on these drive signals A, the output stage 110 supplies an injector to the output stage
  • the injector 120 essentially comprises an actuator, which may be designed as a solenoid valve or as a piezoelectric element. Depending on the activation of this actuator, the fuel metering is then released or prevented.
  • the output stage 110 supplies the injector 120 with corresponding signals U.
  • a piezoelectric actuator is charged or discharged in accordance with the drive signal.
  • the power amplifier 110 corresponding current values for energizing the solenoid valve before.
  • all injectors of an internal combustion engine or only a group of injectors are driven by a common output stage 110.
  • Such a group of injectors, which are driven by a final stage, are called a bank.
  • an internal combustion engine with four cylinders is considered. Due to the design of the output stage 110, only one injector can be activated at the same time. The simultaneous activation of two injectors is not possible. As a result, with a single-bank control unit, the entire angle range of 720 ° is divided into four segments with 180 °, in each of which one cylinder of fuel can be metered. Ie. the injection range, which is defined as the angular interval between the control start of the earliest pilot injection of a cylinder until the beginning of the earliest pilot injection of the next cylinder following in the ignition order on the same
  • This injection range is 180 ° in a four-cylinder internal combustion engine.
  • FIG. 2 a shows the injection cycle of a first cylinder.
  • a first pilot injection is designated PI12, a second pilot injection PI22 and a main injection M2 and the post injection PO2.
  • FIG. 2 b shows the position of the post-injection PO 1 of the preceding injection cycle.
  • the post-injection POl of the previous injection cycle takes place at the same angular position as the pre-injection PI12 of the subsequent injection cycle. Since such an overlapping injection is not realizable on account of the output stage 110, it is provided according to the invention that this post-injection POI be divided into two partial injections POI1 and PO12 is split. The angular position at which these partial injections take place are selected such that they take place in regions in which they do not overlap with the pilot injections PI12 or PI22.
  • an angle range which is defined by the start B and the end E, is entered with a horizontal bar.
  • the torque-forming injection PI12 of the cylinder 2 collides with a later post-injection POl of the first cylinder.
  • the following strategy is provided: In a first step, the control start of the PI12 is calculated and programmed approx. 170 ° before the top dead center, which is in the area of the main injection M2. In a second step, the actuation time of the PI12 is calculated and programmed approx. 400 ms before the start of control due to the current rail pressure. As a result, the position of the drive end of the non-displaceable PI12 is known.
  • the desired activation duration of the post-injection POI1 is calculated from the desired quantity for the current rail pressure. If this nominal drive duration is greater than the maximum possible injection duration, which can be placed before the PI12, the drive duration for the POI1 is limited to the maximum possible time.
  • the amount actually injected in the POIl is calculated from the reversal of the actuation duration characteristic map. The difference between the desired quantity and the actually injected quantity gives the target quantity for the second part of the POI, which takes place after PI12 and is designated PO12.
  • the post-injection data POI1 are selected so as not to overlap with the pre-injection PI12 whose data is known.
  • PO12 can be avoided with the start of control of the second pilot injection PI2.
  • the procedure illustrated in FIG. 2 is merely an embodiment of the procedure according to the invention. According to the invention, it is provided that a specific angular range is specified for the post-injection in which this is to take place. Within this angular range, the post-injection is divided such that they do not overlap with the pre-injections of the subsequent injection cycle. Ie. As soon as the data for the pre-injection of the subsequent injection cycle is available, it is checked whether an area of the
  • Desired angle interval before the start of the pilot injection is. If this is the case, a post-injection of the preceding injection cycle takes place within this desired angle interval. If the end of the first pilot injection and the start of the second pilot injection are fixed, it is checked whether an overlap with the desired angle interval is present even in this angular interval. If this is the case and the desired Nacheinspritzmenge has not been measured, then there is a further post-injection.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem die Kraftstoffzumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist. Es wird zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden. Für die zweite Teileinspritzung wird ein Wunschintervall vorgegeben, dass durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist. Die zweite Teileinspritzung wird innerhalb des Wunschintervalls verschoben und/oder aufgeteilt, um ein Überlappen mit der ersten Teileinspritzung zu vermeiden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Üblicher Weise werden bei Brenn- kraftmaschine so genannte Injektoren eingesetzt, um der Brennkraftmaschine
Kraftstoff zuzumessen. Dabei enthalten diese Injektoren so genannte Aktoren, die als Piezoaktor oder als Magnetventilaktor ausgebildet sein können. Diese Aktoren geben abhängig von einem Ansteuersignal die Kraftstoffzumessung frei bzw. unterbinden die Kraftstoffzumessung. Dieses Ansteuersignal wird üblicher- weise von einer Endstufe bereitgestellt.
Bei modernen Einspritzsystemen ist pro Einspritzyklus wenigstens eine Haupteinspritzung sowie wenigstens eine Voreinspritzung und zumindestens zeitweise wenigstens eine Nacheinspritzung vorgesehen. Die Voreinspritzung bzw. die Voreinspritzungen dienen zur Konditionierung des Brennraums und damit zur
Geräuschreduzierung. Die Nacheinspritzung dient insbesondere zur Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems. Im Folgenden werden die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzung auch als Teileinspritzungen bezeichnet.
Bei üblichen Ein- Bank- Endstufen tritt die Problematik auf, dass lediglich ein Aktor angesteuert werden kann. Ein gleichzeitiges Ansteuern von zwei Aktoren ist daher nicht möglich. Versorgt eine Endstufe vier Aktoren, so ergibt sich ein Winkelbereich von 180° Kurbelwellenwinkel, indem diese Teileinspritzungen für einen Injektor erfolgen können. In der Regel ist jedem Aktor ein Einspritzbereich zuge- ordnet, der sich über das Winkelintervall zwischen dem Ansteuerbeginn der frühesten Voreinspritzung eines Zylinders bis zum Beginn der frühesten Voreinspritzung des in der Zündreihenfolge nachfolgende Zylinders, der von derselben Endstufe angesteuert, erstreckt.
Problematisch sind nun die Nacheinspritzungen, die oft sehr spät erfolgen sollen. Solchen späten Nacheinspritzungen sind beispielsweise zur Regeneration eines Partikelfilters notwendig. So werden beispielsweise Nacheinspritzung im Bereich von bis zu 220° Kurbelwelle nach dem oberen Totpunkt der jeweiligen Hauptein- spritzung gefordert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sich überlappende Ansteuerungen bei einer Endstufe nicht auftreten. Dadurch wird es möglich, nicht momentenrelevante Einspritzungen in einem Zylinder in dem gleichen Winkelbereich zu platzieren wie momentenrelevante Einspritzungen eines anderen Zylinders, ohne das davon die momentenrelevanten Einspritzungen berührt werden. Der für die Einspritzung zugängliche Winkelbereich von 720° pro Zylinderzahl wird so mit Einschränkungen auf volle 720° erweitert. Des weiteren ist vorteilhaft, dass die momenten- und abgas- und geräuschrelevanten Einspritzun- gen nicht verschoben und nicht verkürzt oder verlängert werden müssen. Folglich gibt es keine Rückwirkungen auf das Lauf- und Emissionsverhalten des Motors.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass für die Teileinspritzungen, bei denen eine Verschiebung möglich ist, ein Wunschintervall vorgegeben wird, dass durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist. In diesem Intervall erfolgt dann die Teileinspritzung deren Verschiebung möglich ist derart, dass sie keine Teileinspritzungen behindert, deren Verschiebungen nicht gewünscht ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für diese zweite Teileinspritzung, deren Verschiebung möglich ist, lediglich eine Menge vorgegeben wird, die im Mittel über mehrere Einspritzzyklen zuzumessen ist. Dadurch ist es möglich, die Einspritzmenge über mehrere Einspritzzyklen (auch ungleichmäßig) zu verteilen. Dies ist bei Teileinspritzungen, die zur Abgasbehandlung dienen, in gewissen Grenzen möglich. Durch diese Vorgehensweise gibt sich ein weiterer Spielraum bei der Verteilung der zweiten Teileinspritzung, insbesondere der Nacheinspritzungen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Einspritzung von Kraft- stoff in eine Brennkraftmaschine und
Figur 2 verschiedene über der Zeit bzw. über dem Winkel der Kurbelwelle aufgetragene Signale.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 sind die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Einspritzsteuerung ist mit 100 bezeichnet, diese beaufschlagt eine Endstufe 110 mit Ansteuersignalen A, abhängig von die- sen Ansteuersignalen A beaufschlagt die Endstufe 110 einen Injektor mit der
Versorgungsspannung U. Der Injektor misst dann abhängig von der Versorgungsspannung U bzw. dem Ansteuersignal A der Brennkraftmaschine eine bestimmte Kraftstoffmenge zu. Der Injektor 120 umfasst im wesentlichen einen Aktor, der als Magnetventil oder als Piezoelement ausgebildet sein kann. Abhängig von der Ansteuerung dieses Aktors wird dann die Kraftstoffzumessung freigegeben bzw. unterbunden.
Abhängig von dem Ansteuersignal A beaufschlagt die Endstufe 110 den Injektor 120 mit entsprechenden Signalen U. So wird beispielsweise ein Piezoaktor ent- sprechend dem Ansteuersignal geladen bzw. entladen. Bei einem Magnetventil - A -
gibt die Endstufe 110 entsprechende Stromwerte zur Bestromung des Magnetventils vor. Üblicher Weise werden alle Injektoren einer Brennkraftmaschine oder lediglich eine Gruppe von Injektoren durch eine gemeinsame Endstufe 110 angesteuert. Eine solche Gruppe von Injektoren, die von einer Endstufe angesteu- ert werden, werden als Bank bezeichnet.
Im Folgenden wird eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern betrachtet. Aufgrund der Ausbildung der Endstufe 110 kann gleichzeitig lediglich ein Injektor angesteuert werden. Ein gleichzeitiges Ansteuern zweier Injektoren ist nicht mög- lieh. Dies führt dazu, dass bei einem Einbanksteuergerät der gesamte Winkelbereich von 720° in vier Segmente mit 180° aufgeteilt ist, in denen jeweils einem Zylinder Kraftstoff zugemessen werden kann. D. h. der Einspritzbereich, der definiert ist über das Winkelintervall zwischen dem Ansteuerbeginn der frühesten Voreinspritzung eines Zylinders bis zum Beginn der frühesten Voreinspritzung des nächsten in der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylinders auf derselben
Bank. Dieser Einspritzbereich beträgt bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine 180°.
Bei Einspritzsystemen, die bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, ist es erforderlich, dass Nacheinspritzungen zu einem sehr späten Zeitpunkt durchgeführt werden. So werden beispielsweise zur Regeneration eines Rußpartikelfilters Einspritzungen bis zu einem Winkel von 220° nach dem oberen Totpunkt des entsprechenden Zylinders gefordert. Dies führt dazu, dass der Einspritzbereich größer als 180° wird bzw. das sich die Einspritzungen einzelner Zylinder der gleichen Bank überlappen.
In Figur 2a ist der Einspritzzyklus eines ersten Zylinders dargestellt. Eine erste Voreinspritzung ist mit PI12, eine zweite Voreinspritzung mit PI22 und eine Haupteinspritzung mit M2 und die Nacheinspritzung mit PO2 bezeichnet. In der Figur 2b ist die Lage der Nacheinspritzung POl des vorangehenden Einspritzyklus eingezeichnet. Wie leicht zu erkennen ist, erfolgt die Nacheinspritzung POl des vorherigen Einspritzyklus zur gleichen Winkelstellung wie die Voreinspritzung PI12 des nachfolgenden Einspritzyklus. Da eine solche überlappende Einspritzung aufgrund der Endstufe 110 nicht realisierbar ist, ist erfindungsgemäß vor- gesehen, dass diese Nacheinspritzung POl in zwei Teileinspritzungen POIl und PO12 aufgeteilt wird. Die Winkelstellung bei der diese Teileinspritzungen erfolgen sind so gewählt, dass sie in Bereichen erfolgen, in denen sie nicht mit den Voreinspritzungen PI12 bzw. PI22 überlappen.
In der Figur 2 ist jeweils durchgängig die Zeitpunkte Tl, T2 und T3 aufgetragen.
Des weiteren ist in Figur 2b ein Winkelbereich, der durch den Beginn B und das Ende E definiert ist, mit einem waagrechten Balken eingetragen.
Wie in Figur 2 dargestellt, kollidiert die momentenbildende Einspritzung PI12 des Zylinders 2 mit einer späteren Nacheinspritzung POl des ersten Zylinders. Um dies zu verhindern ist folgende Strategie vorgesehen: In einem ersten Schritt wird der Ansteuerbeginn der PI12 ca. 170° vor dem oberen Totpunkt, der im Bereich der Haupteinspritzung M2 liegt, berechnet und programmiert. In einem zweiten Schritt wird aufgrund des aktuellen Raildrucks ca. 400 ms vor dem Ansteuerbe- ginn die Ansteuerdauer der PI12 berechnet und programmiert. Dadurch ist auch die Lage des Ansteuerendes der nicht verschiebbaren PI12 bekannt.
Für die Nacheinspritzung wird ein Wunschwinkelintervall vorgegeben, welches den frühest möglichen Ansteuerbeginnwinkel B und den spätest möglichen An- Steuerbeginnwinkel E. Alternativ zum spätest möglichen Ansteuerbeginnwinkel kann auch der spätest mögliche Ansteuerendewinkel E vorgeben werden. Dieser frühest mögliche Ansteuerbeginnwinkel ist in Figur 2b mit B und der spätest mögliche Ansteuerbeginnwinkel mit E bezeichnet. Des weiteren wird die zylinderspezifische Einspritzmenge für die Nacheinspritzung ersetzt durch eine Menge, wel- che in Summe mittelfristig eingespritzt werden muss. Die Berechnung und Programmierung der Nacheinspritzung erfolgt abhängig von der Wunschlage der Nacheinspritzung ca. 170° oder 180° vor dem oberen Totpunkt des in der Zündreihenfolge nachfolgenden Zylinders. D. h. in der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Berechnung ca. 170° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders 2. Zu diesem Zeitpunkt Tl ist der Startwinkel der Voreinspritzung PI12 bereits bekannt.
Bei der Berechnung der Nacheinspritzung können so mögliche Kollisionen vermieden werden. Zum Zeitpunkt Tl, der ca. 170° vor dem oberen Totpunkt des Zylinders 2 liegt, wird der Ansteuerbeginn der Voreinspritzung PI12 und anschließend der Ansteuerbeginn der Nacheinspritzung POIl berechnet. Zu die- sem Zeitpunkt ist damit das maximal mögliche Einspritzmengenintervall für den Teil der Nacheinspritzung bekannt, welcher vor der PI12 platziert werden kann.
Zum Zeitpunkt T2 der ca. 400 ms vor dem Beginn der Nacheinspritzung POllliegt wird aus der Wunschmenge für den aktuellen Raildruck die Sollansteuerdauer der Nacheinspritzung POIl berechnet. Ist diese Sollansteuerdauer größer als die maximale mögliche Einspritzdauer, die vor der PI12 platziert werden kann, so wird die Ansteuerdauer für die POIl auf die maximal mögliche Zeit begrenzt. Die in der POIl tatsächlich eingespritzte Menge, wird aus der Umkeh- rung des Ansteuerdauerkennfeldes berechnet. Die Differenz zwischen Wunschmenge und tatsächlich eingespritzter Menge ergibt die Sollmenge für en zweiten Teil der POl, welcher nach der PI12 stattfindet, und mit PO12 bezeichnet wird. Die Daten der Nacheinspritzung POIl werden so gewählt, dass keine Überlappung mit der Voreinspritzung PI12, deren Daten bekannt sind, auftritt.
Zeitpunkt T3, der ca. 400 ms vor dem Beginn der Voreinspritzung PI12 liegt, wird das Ansteuerende der PI12 berechnet. Anschließend an diese Berechnungen werden die Daten für die zweite Nacheinspritzung PO12 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der Beginn der zweiten Voreinspritzung PI22 bekannt, so dass eine evtl. Kollision des Ansteuerendes des zweiten Teiles der Nacheinspritzung
PO12 mit dem Ansteuerbeginn der zweiten Voreinspritzung PI2 vermieden werden können.
Die in Figur 2 dargestellte Vorgehensweise ist lediglich eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für die Nacheinspritzung ein bestimmter Winkelbereich vorgegeben wird, in dem diese erfolgen soll. Innerhalb dieses Winkelbereichs wird die Nacheinspritzung derart aufgeteilt, dass diese mit den Voreinspritzungen der nachfolgenden Einspritzyklus nicht überlappen. D. h. sobald die Daten für die Voreinspritzung des nachfolgenden Einspritzyklus vorliegen, wird überprüft, ob ein Bereich des
Wunschwinkelintervalls vor dem Beginn der Voreinspritzung liegt. Ist dies der Fall, so erfolgt innerhalb dieses Wunschwinkelintervalls eine Nacheinspritzung des vorangehenden Einspritzyklus. Liegen das Ende der ersten Voreinspritzung und der Beginn der zweiten Voreinspritzung fest, so wird überprüft, ob auch in diesem Winkelintervall ein Überlappen mit dem Wunschwinkelintervall vorliegt. Ist dies der Fall und wurde die gewünschte Nacheinspritzmenge noch nicht zugemessen, so erfolgt eine weitere Nacheinspritzung.
Erfindungsgemäß bedeutet dies, dass für die Nacheinspritzung ein Wunschwin- kelintervall und eine gewünschte Nacheinspritzmenge festgelegt wird. Anschließend wird überprüft, ob von dem Wunschwinkelintervall Winkelbereiche durch eine Einspritzung der nachfolgenden Zylinder belegt sind. Sind freie Winkelintervalle vorhanden, in denen keine Teileinspritzungen des nachfolgenden Einspritzyklus auftreten, so werden in diesen Bereichen die Nacheinspritzung durchge- führt. Sollten diese Winkelbereiche zu gering sein, wird die verbleibende Menge bei einem nachfolgenden Einspritzyklus zugemessen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoff- zumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus aufgeteilt ist, und zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden wird, dass für die zweiten Teileinspritzung ein Wunschintervall vorgegeben wird, dass durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Teileinspritzung eine Menge vorgegeben wird, die im Mittel über mehrere Einspritzzyklen zuzumessen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der zweiten Teileinspritzung erfolgt, wenn die Daten der ersten Teileinspritzungen, die innerhalb des Wunschintervalls liegen, bekannt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teil- einspritzung in den Bereichen des Wunschintervalls erfolgen, in denen keine erste Teileinspritzung vorgesehen sind.
5. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoff- zumessung in wenigstens zwei Teileinspritzungen pro Einspritzzyklus auf- geteilt ist, und zwischen wenigstens einer ersten Teileinspitzung, bei der eine Verschiebung nicht gewünscht ist und wenigstens einer zweiten Teileinspritzung, bei der eine Verschiebung möglich ist, unterschieden wird, dass Mittel vorgesehen sind, die für die zweiten Teileinspritzung ein Wunschintervall vorgeben, dass durch einen frühest möglichen Beginn und ein spätest mögliches Ende definiert ist.
PCT/EP2006/070194 2006-01-11 2006-12-22 Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine WO2007082628A1 (de)

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