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

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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.