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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONTROLLING AND REGULATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/031138
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an internal combustion engine (1) which comprises a common rail system including individual accumulators (8). The fuel pressure of the individual accumulators (pE(i)) is detected during a specific measurement interval and is stored. The end of injection is then determined based on the stored pressure values. A virtual beginning of injection is subsequently determined via a mathematical function in accordance with the end of injection. The virtual beginning of injection is set as the actual beginning of injection to further control and regulate the internal combustion engine (1).

Inventors:
SPEETZEN RALF (DE)
SCHMIDT GUENTHER (DE)
KLOOS ALBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/010547
Publication Date:
April 07, 2005
Filing Date:
September 21, 2004
Export Citation:
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Assignee:
MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH (DE)
SPEETZEN RALF (DE)
SCHMIDT GUENTHER (DE)
KLOOS ALBERT (DE)
International Classes:
F02D41/00; F02D41/38; F02D41/40; F02M63/02; F02M65/00; F02B37/00; F02M63/00; (IPC1-7): F02D41/38; F02D41/40; F02M63/02
Foreign References:
DE4344190A11995-06-29
EP0905359A21999-03-31
US5535621A1996-07-16
EP0894965A11999-02-03
DE3118425A11982-12-09
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) mit einem CommonRailSystem einschließlich Einzelspeichern (8), bei dem ein KraftstoffDruck (pE (i), i = 1, 2... n) während eines Messintervalls (MESS), ins besondere KurbelwellenWinkel (Phi), erfasst und gespei chert wird und eine signifikante Änderung des Kraftstoff Drucks (pE (i) ) als Einspritzbeginn (SB = f (pE (i), Phi)) oder Einspritzende (SE = f (pE (i), Phi)) interpretiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Einspritzendes (SE) über eine mathematische Funktion (FKT) ein virtueller Einspritzbe ginn (SBv) berechnet wird und der virtuelle Einspritzbe ginn (SBv) als tatsächlicher Einspritzbeginn (SB) für die weitere Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine (1) gesetzt wird (SB = SBv).
2. 2 Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Einspritzbeginn (SBv) berechnet wird indem im Messintervall (MESS) ein vor dem Einspritzende (SE) gemessener maximaler Druckwert (pE (MAX)) ausgelesen <BR> <BR> wird, ein Zwischenwert (pE (ZW) ) in Abhängigkeit des maxi<BR> malen Druckwerts (pE (MAX) ) und des Einspritzende Druckwerts (pE (SE)) berechnet wird, wobei der Zwischen wert (pE (ZW) ) und das Einspritzende (SE) die mathemati sche Funktion (FKT) definieren, und der Kurbelwellen Winkel (PhiSBv) des virtuellen Einspritzbeginns (SBv) in Abhängigkeit des maximalen Druckwerts (pE (MAX) ) über die mathematische Funktion (FKT) extrapoliert wird.
3. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwert (pE (ZW)) gemäß folgender Bezeich nung berechnet wird : pE (ZW) = pE (MAX) dp und dp = (pE (MAX)pE (SE)) F1 mit pE (ZW) Zwischenwert pE (MAX) maximaler Druckwert pE (SE) Druckwert Einspritzende FI Faktor kleiner Eins.
4. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Einspritzbeginn (SBv) über einen Fak tor (KORR) korrigiert wird.
5. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Druckwert (pE (MAX)) auf Plausibilität geprüft wird indem dieser mit einem vorgegebenen Druck wert verglichen wird.
6. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Druckwert (pE (MAX) ) auf Plausibilität geprüft wird indem dieser mit einem an einem festen Kur belwinkel gemessenen Druckwert verglichen wird.
7. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei NichtPlausibilität ein Diagnoseeintrag in einem Speicher eines elektronischen Steuergeräts (4) vorgenom men wird.
8. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftma schine (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messintervall (MESS) ein Arbeitsspiel der Brenn kraftmaschine (1) beträgt oder einem hieraus auswählbaren KurbelwellenWinkelbereich, insbesondere 320 Grad bis 420 Grad, entspricht.
Description:
Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Rege- lung. einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von An- spruch 1.

Bei einer Brennkraftmaschine bestimmen der Einspritzbeginn und das Einspritzende maßgeblich die Güte der Verbrennung und die Zusammensetzung des Abgases. Um die gesetzlichen Grenz- werte einzuhalten, werden diese beiden Kenngrößen üblicher- weise von einem elektronischen Steuergerät geregelt. In der Praxis tritt bei einer Brennkraftmaschine mit einem Common- Rail-System das Problem auf, dass zwischen dem Bestromungsbe- ginn des Injektors, dem Nadelhub des Injektors und dem tat- sächlichen Einspritzbeginn ein zeitlicher Versatz besteht.

Für das Einspritzende gilt Entsprechendes.

Eine Maßnahme zur Entschärfung dieser Problematik besteht darin, den Ankeraufprall am Injektor über eine Veränderung des PWM-Signals zu detektieren. Ein derartige Lösung ist bei- spielsweise aus der DE 42 37 706 AI bekannt. Eine andere Mög- lichkeit zur Erkennung des Ankeraufpralls besteht darin, wäh- rend der Ankerflugphase die Spule des Injektors mit einem Messstrom zu beaufschlagen. Über den Messstrom wird ein Mag- netfeld in der Spule erzeugt, welches sich beim Ankeraufprall ändert. Diese Magnetfeldänderung bewirkt eine auswertbare In- duktionsspannung. Eine derartige Lösung ist beispielsweise aus der DE 44 33 209 AI bekannt. Beide Maßnahmen haben sich in der Praxis bewährt. Die individuellen Eigenschaften der einzelnen Zylinder sowie der Injektoren können jedoch mit diesen Messverfahren nicht detektiert werden. Eine entspre- chende Kontrollmessung zur Abstimmung der Regelparameter ist technisch aufwendig und wird daher bei Serienmotoren nicht durchgeführt. Gleiches gilt für die direkte Nadelhub-Messung mit einem Wegsensor.

Eine andere Maßnahme zur Entschärfung der oben genannten Problematik ist aus der DE 31 18 425 A1 bekannt. Hierbei wird der Druckverlauf im Rail gemessen und danach gefiltert. Über die Differenziation des gefilterten Druckverlaufs werden die signifikanten Änderungen, also die Extremwerte, als Ein- spritzbeginn und Einspritzende interpretiert. Die Filterung des gemessenen Druckverlaufs ist zwingend erforderlich, da auf dem Drucksignal beispielsweise die Einspritzfrequenz und die Förderfrequenz der Hochdruckpumpe als Störgrößen vorhan- den sind. Die Filterung eines Signals bewirkt jedoch einen deutlichen zeitlichen Versatz gegenüber dem Rohsignal.

Aus der DE 43 44 190 AI ist eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System bekannt, bei welchem jedem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für ein Common-Rail-System mit Einzelspeichern bereitzustellen, welches eine zeitnahe Bestimmung des Einspritzbeginns und Einspritzendes gestattet.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Erfindung sieht vor, dass aus den gemessenen und gespei- cherten Druckwerten der Einzelspeicher in Abhängigkeit des Einspritzendes über eine mathematische Funktion ein virtuel- ler Einspritzbeginn berechnet wird. Der virtuelle Einspritz- beginn wird danach als tatsächlicher Einspritzbeginn für die weitere Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine ge- setzt.

Der Unterschied zum Stand der Technik besteht darin, dass für die Betrachtung des Einspritzendes und Einspritzbeginns die gemessenen Roh-Werte verwendet werden. Die Berechnung eines virtuellen Einspritzbeginns und Plausibilisierung bieten den Effekt, dass eine Fehlinterpretation von Störgrößen wirksam verhindert wird.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Common-Rail-System mit Einzelspeichern können der Einspritz- beginn sowie das Einspritzende zylinderindividuell bestimmt werden. Das Verfahren ist dadurch direkter und schneller. Als Konsequenz ergibt sich daraus, dass im Motordiagnose-System zielgerichtetere Sicherheitsinformationen vorliegen. Daneben wird der messtechnische Aufwand während der Entwicklungsphase der Brennkraftmaschine deutlich reduziert.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.

Es zeigen : Fig. 1 ein Systemschaubild ; Fig. 2 ein Zeitdiagramm ; Fig. 3 einen Programm-Ablaufplan Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch ge- steuerten Brennkraftmaschine 1. Bei der dargestellten Brenn- kraftmaschine 1 wird der Kraftstoff über ein Common-Rail- System eingespritzt. Dieses umfasst folgende Komponenten : Pumpen 3 mit einer Saugdrossel zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank 2, ein Rail 6, Einzelspeicher 8 und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brenn- räume der Brennkraftmaschine 1. Bei diesem Common-Rail- System ist der hydraulische Widerstand der Einzelspeicher 8 und der Zulaufleitungen entsprechend angepasst. Für die Er- findung ist es unwesentlich, ob das Rail 6 ein Speichervolu- men umfasst oder lediglich als einfache Leitung ausgeführt wird.

Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (EDC) 4 geregelt. Das elektroni- sche Steuergerät 4 beinhaltet die üblichen Bestandteile ei- nes Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozes- sor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfel- dern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elekt- ronische Steuergerät 4 aus den Eingangsgrößen die Ausgangs- größen. In Figur 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt : ein Raildruck pCR, der mittels eines Rail- Drucksensors 5 gemessen wird, ein Drehzahl-Signal nMOT der Brennkraftmaschine 1, Drucksignale pE (i) der Einzelspeicher 8 und eine Eingangsgröße E. Unter der Eingangsgröße E sind beispielsweise der Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen der Kühl-/Schmiermittel und des Kraftstoffs subsumiert.

In Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steu- ergeräts 4 ein Signal ADV zur Steuerung der Saugdrossel und eine Ausgangsgröße A dargestellt. Die Ausgangsgröße A steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise den Einspritzbeginn SB und das Einspritzende SE.

Die Figur 2 zeigt ein Zeitdiagramm eines gemessenen Druck- verlaufs in einem Einzelspeicher des Common-Rail-Systems.

Auf der Abszisse ist der Kurbelwellen-Winkel Phi aufgetra- gen. Auf der Ordinate ist der Kraftstoff-Druck im Einzel- speicher pE (i) dargestellt. Der Druckverlauf im Einzelspei- cher wird über ein Messintervall gemessen und gespeichert.

Das Messintervall kann hierbei einem Arbeitsspiel der Brenn- kraftmaschine entsprechen, d. h. 720 Grad Kurbelwellen- Winkel. Das in Figur 2 dargestellte Messintervall MESS um- fasst exemplarisch den Bereich von 320 bis 420 Grad Kurbel- wellen-Winkel.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läuft folgendermaßen ab : Nachdem der Druckverlauf im Einzelspeicher pE (i) während des Messintervalls MESS erfasst und gespeichert wurde, wird der Minimalwert des Drucks ermittelt. Dieser Minimalwert ent- spricht dem Einspritzende SE. Das Einspritzende SE ist in Figur 2 mit dem Punkt B bezeichnet. Der Punkt B wird durch die beiden Werte Phi (SE) und pE (SE) definiert. Danach wird der maximal aufgetretene Druckwert ausgelesen. Der maximale Druckwert liegt im Messintervall MESS bei einem kleineren Kurbelwellen-Winkel Phi als das Einspritzende SE bzw. dessen Winkel Phi (SE). In Figur 2 ist dieser mit dem Punkt A und dem dazugehörendem Ordinatenwert pE (MAX) dargestellt. Aus dem maximalen Druckwert pE (MAX) und dem Einspritzende- Druckwert pE (SE) wird ein Zwischenwert pE (ZW) gemäß folgen- der Beziehung berechnet : pE (ZW) = pE (MAX) -dp und dp = (pE (MAX)-pE (SE)) F1 mit pE (ZW) Zwischenwert pE (MAX) maximaler Druckwert pE (SE) Druckwert Einspritzende F1 Faktor kleiner Eins Anhand des gemessenen Druckverlaufs pE (i) ist der zum Zwi- schenwert pE (ZW) zugehörige Kurbelwellen-Winkel Phi (ZW) be- kannt. Durch diese beiden Werte wird der Punkt C in Figur 2 definiert. Zum Punkt C gehört das Wertepaar 360 Grad Kurbel- wellen-Winkel und 1850 bar. Der Druckunterschied dp zwischen dem Maximalwert pE (MAX) und dem Zwischenwert pE (ZW) ist in Figur 2 ebenfalls dargestellt. Über die beiden Punkte C, B wird eine mathematische Funktion FKT definiert, hier : eine Gerade. Selbstverständlich können auch andere mathematische Funktionen verwendet werden. Hierzu müssten dann entspre- chend weitere Zwischenwerte berechnet werden. Über das Ein- spritzende, entsprechend Punkt B, und der mathematischen Funktion FKT kann in Verbindung mit dem Maximalwert pE (MAX) ein virtueller Einspritzbeginn SBv extrapoliert werden. Die- ser virtuelle Einspritzbeginn SBv entspricht in der Figur 2 dem Punkt D. Der virtuelle Einspritzbeginn SBv kann optional über einen konstanten Faktor KORR korrigiert werden, Punkt E. Der Faktor KORR berücksichtigt die Wirkung der hydrauli- schen Konstanten des Einspritzsystems auf den Einspritzbe- ginn.

In Figur 3 ist ein Programm-Ablaufplan für das Unterprogramm zur Bestimmung des Einspritzbeginns und Einspritzendes dar- gestellt. Bei S1 werden die Druckwerte pE (i) im Einzelspei- cher während des Messintervalls MESS erfasst und abgespei- chert. Bei S2 wird eine Laufvariable i auf Eins gesetzt. Die Laufvariable i entspricht hierbei der Anzahl der verwendeten Einzelspeicher. Bei S3 wird geprüft, ob der ausgelesene Druckwert minimal ist. Ist dies nicht der Fall, so wird bei S4 der nächste Druckwert ausgelesen und erneut geprüft (S3).

Wurde bei S3 der minimalste Druckwert gefunden, so wird bei S5 dieser Druckwert mit dem dazugehörig gemessenen Kurbel- wellen-Winkel-Wert als Einspritzende SE gesetzt. Danach wird bei S6 der maximale Druckwert pE (MAX) ermittelt. Bei S7 wird geprüft, ob der gemessene Maximalwert pE (MAX) plausibel ist.

Die Plausibilität kann geprüft werden, indem der Maximalwert pE (MAX) mit einem vorgegebenen Druckwert verglichen wird.

Als Alternative ist vorgesehen, dass der Maximalwert pE (MAX) mit einem an einem festen Kurbelwellen-Winkel gemessenen Druckwert verglichen wird. Als fester Kurbelwellen-Winkel kann z. B. 320 Grad verwendet werden. Ergibt die Prüfung bei S7, dass der Maximalwert nicht plausibel ist, so wird bei S8 ein Diagnose-Eintrag im elektronischen Steuergerät vorgenom- men und danach bei S9 der Programmablauf fortgesetzt.

Ergibt die Prüfung bei S7, dass der Maximalwert pE (MAX) plausibel ist, so wird bei S9 der Zwischenwert pE (ZW) be- rechnet. Bei S10 wird in Abhängigkeit des Einspritzbeginns und der zuvor ermittelten mathematischen Funktion ein virtu- eller Einspritzbeginn SBv extrapoliert. Danach wird bei Sll der virtuelle Einspritzbeginn SBv korrigiert. Bei S12 wird geprüft, ob die Laufvariable i einen Endwert n erreicht hat.

Ist dies nicht der Fall, so wird bei S14 die Laufvariable i um Eins erhöht und der Programm-Ablaufplan am Punkt A fort- gesetzt. Ergibt die Prüfung bei S12, dass für alle Einzel- speicher der virtuelle Einspritzbeginn berechnet wurde, d. h. i entspricht n, so wird bei S13 das Unterprogramm be- endet und zum Hauptprogramm zurückgekehrt. Damit ist der Programm-Ablaufplan beendet.

Aus der Beschreibung ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile : - der zeitliche Versatz zwischen Ansteuersignal und tat- sächlichem Einspritzbeginn wird verringert ; - der berechnete virtuelle Einspritzbeginn ist robust ge- genüber Störgrößen, wodurch der Regelkreis zur Regelung des Einspritzbeginns und Einspritzendes stabilisiert wird ; - eine zylinderindividuelle Diagnosewert-Aussage und Rege- lung ist möglich ; - der messtechnische Aufwand während der Entwicklungsphase der Brennkraftmaschine wird verringert.

Bezugszeichen 1 Brennkraftmaschine 2 Kraftstofftank 3 Pumpen 4 elektronisches Steuergerät 5 Rail-Drucksensor 6 Rail 7 Injektor 8 Einzelspeicher pE (i) Kraftstoff-Druck im Einzelspeicher pE (MAX) maximaler Druckwert pE (SE) Druckwert Einspritzende pE (ZW) Zwischenwert Phi Kurbelwellen-Winkel Phi (SE) Winkel Einspritzende Phi (ZW) Winkel Zwischenwert SB Einspritzbeginn SE Einspritzende SBv virtueller Einspritzbeginn MESS Messintervall KORR Faktor FKT mathematische Funktion