Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Abstract

 Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Regler zugeordnet ist, die eine die Verbrennung charakterisierende Größe, auf einen gemeinsamen Sollwert einregeln. Ausgehend von den Ausgangsgrößen der Regler werden Lemwerte ermittelt und zur Vorsteuerung der Regler verwendet.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

[0002] Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mengenausgleichsregelung bei einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 33 36 028 bekannt. Dort wird ausgehend von einem Drehzahlsignal ein Soll- und ein Istwert für jeden Zylinder gebildet. Den einzelnen Zylindern ist jeweils ein Regler zugeordnet, der ausgehend von dem Vergleich zwischen einem zylinderindividuellen Istwert und einem gemeinsamen Sollwert eine Stellgröße zur Ansteuerung eines mengenbestimmenden Stellgliedes vorgibt. Diese Regelung regelt eine die Verbrennung charakterisierende Größe auf einen gemeinsamen Sollwert ein. Dadurch wird eine Gleichstellung, der von den einzelnen Zylindern bereitgestellten Drehmomente, erreicht. Als die Verbrennung charakterisierende Größe wird insbesondere Drehzahlwerte und/oder Drehmomente und/oder Lambda-Signal, die dem jeweiligen Zylinder zugeordnet werden, angesehen.

[0003] Die den einzelnen Zylindern zugeordneten Regler weisen wenigstens integrales Verhalten auf. Beim Motorstart werden die Integralanteile vorzugsweise mit einem festen Wert insbesondere mit dem Wert 0 initialisiert. Ausgehend von diesem Startwert werden dann im Betrieb die Integratorwerte bestimmt. Dies führt dazu, dass beim Start der Brennkraftmaschine die Mengenausgleichsregelung erst nach einer kurzen Verzögerungszeit ihre volle Wirksamkeit erlangt. Dies führt beim Neustart der Brennkraftmaschine zu Mengenfehlern bei den einzelnen Zylindern. Diese Mengenfehler können erhöhte Abgasemissionen bzw.

[0004] Komforteinbussen zur Folge haben. Ferner treten in Betriebszuständen, in denen die Mengenausgleichsregelung nicht aktiv ist Mengenfehler auf.

[0005] Dadurch dass ausgehend von den Ausgangsgrößen der Regler Lernwerte ermittelt und zur Vorsteuerung der Regler verwendet werden, ergibt sich eine verbesserte Kraftstoffzumessung und damit deutlich reduzierte Emissionen. Dies ist insbesondere in Betriebszustände der Fall, in denen die Mengenausgleichsregelung nicht aktiv ist, oder noch keine Stellgrößen ermittelt hat. In Betriebszuständen, in denen die Mengenausgleichsregelung aktiv ist, werden ausgehend von der Stellgröße der Mengenausgleichsregelung Vorsteuerwerte ermittelt, die dann in allen Betriebszuständen zur Vorsteuerung der Kraftstoffmenge verwendet werden. Ausgehend von der Stellgröße werden zylinderindividuelle Lernwerte ermittelt und abhängig vom Betriebszustand abgespeichert. Ausgehend von diesen Lernwerten werden dann die Vorsteuerwerte ermittelt, die den Ausgangsgrößen der Regler additiv und/oder multiplikativ überlagert werden. Bei der einfachsten Ausführungsform werden die Lernwerte direkt als Vorsteuerwerte übernommen.

[0006] Besonders vorteilhaft ist es, dass die Vorsteuerwerte und/oder Größen, ausgehend von denen die Vorsteuerwerte ermittelt werden auch zur Korrektur einer Injektormengenausgleichsfunktion verwendet werden. Das heißt die Lernwerte dienen zur Korrektur der Injektormengeausgleich und zur Vorsteuerung der Mengenausgleichsregelung.

[0007] Vorzugsweise arbeiten die Regler, die den einzelnen Zylindern zugeordnet sind, im Sinne einer Mengenausgleichsregelung zusammen. Das heißt die Regler regeln die in die einzelnen Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge auf einen gemeinsamen Wert ein. Da die Kraftstoffmenge als Istwert häufig nicht zur Verfügung steht, wird als Istwert ein Ersatzwert verwendet. Dieser Ersatzwert, wie beispielsweise Drehzahlwerte und/oder Drehmomente und/oder Lambdawerte werden für jeden Zylinder erfasst und auf einen gemeinsamen Wert eingeregelt. Als Stellgröße wird vorzugsweise eine Einspritzmenge verwendet. In diesem Fall können die Lernwerte unmittelbar als Vorsteuerwerte verwendet werden.

[0008] Ferner ist vorteilhaft, dass ausgehend von den Lernwerten mit geringem Aufwand Fehler erkannt werden.

Zeichnung

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung des Ausführungsbeispiele

[0010] In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Mit 100 ist ein Stellelement dargestellt, dass die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine beeinflusst. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Magnetventil oder einen Piezosteller, der die einzuspritzende Kraftstoffmenge und/oder den Einspritzbeginn beeinflusst. Mit 105 ist ein Drehzahlsensor bezeichnet. Der Drehzahlsensor beaufschlagt eine Sollwertvorgabe 110 und eine Istwertvorgabe 115 mit einem Drehzahlsignal. Die Istwertvorgabe 115 und die Sollwertvorgabe 110 beaufschlagt einen ersten Verknüpfungspunkt 120 sowie einen zweiten Verknüpfungspunkt 130. Von den Verknüpfungspunkten 120 und 130 gelangt das Signal jeweils zu einem Regler 125 bzw. 135. Die Regler 125 bzw. 135 stellen eine Stellgröße zur Verfügung. Insbesondere handelt es sich hierbei um die in den jeweiligen Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffmenge.

[0011] Am Eingang des Verknüpfungspunktes 142 bzw. 152 liegt das Ausgangssignal einer Vorsteuerung 162 bzw. 172. Am Eingang des Verknüpfungspunktes 144 bzw. 154 liegt das Ausgangssignal einer Injektormengenausgleichsfunktion 164 bzw. 174. Die Vorsteuerung 162 bzw. 172 und/oder die Injektormengenausgleichsfunktion 164 bzw. 174 werden von einer Adaption 160 bzw. 170 mit Signalen beaufschlagt. Der Adaption 160 bzw. 170 wird das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 142 bzw. 152 zugeführt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Adaption 160 die Ausgangsgrößen der Regler 125 bzw. 135 verarbeitet.

[0012] Fig. 1 ist lediglich ein Stellelement 100 dargestellt. Die Erfindung kann auch derart ausgestaltet sein, dass jedem Regler und damit jedem Zylinder ein Stellelement zugeordnet ist. In der Darstellung in Fig. 1 sind lediglich ein erster und ein zweiter Regler dargestellt. Üblicherweise ist jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Regler und ein Stellelement zugeordnet. Das bedeutet, es ist für jeden Zylinder ein Regler und ein Stellelement vorhanden bzw. ein oder mehrere Regler bilden die Ansteuersignale für die den einzelnen Zylindern zugeordneten Stellelemente.

[0013] Die Sollwertvorgabe 110 bestimmt ausgehend von der Drehzahl N einen Sollwert S für die Regler. Die Istwertvorgabe 115 bestimmt für jeden Regler, d. h. für jeden Zylinder einen zylinderindividuellen Istwert I. Ausgehend von in den Verknüpfungspunkten 120 und 130 ermittelten Regelabweichungen bestimmen die Regler 125 und 135 die Stellgrößen.

[0014] Dabei ist die Bestimmung der Istwerte, der Sollwerte und die Regelung durch die Regler 125 und 135 derart ausgebildet, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment der einzelnen Zylinder gleichgestellt ist, d. h. jeder Zylinder der Brennkraftmaschine trägt das gleiche Drehmoment zum Gesamtdrehmoment bei. Bei einer anderen Ausgestaltung, die auch als Mengenausgleichsregelung bezeichnet wird, erfolgt die Regelung derart, dass allen Zylindern die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen wird. Die Regelung erfolgt derart, dass alle Zylinder bezüglich einer Größe, die die Verbrennung charakterisiert, gleichgestellt werden.

[0015] Im folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel eines Zylinders beschrieben. Die Vorgehensweise kann auf beliebige Zylinderzahlen ausgedehnt werden.
Die Umrechnung 140 ermittelt ausgehend von der Stellgröße die Ansteuerdauer für das Stellelement. Vorzugsweise ist das Stellelement als Piezoaktor oder als Magnetventil ausgebildet, dessen Ansteuerdauer die eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt.

[0016] Im Verknüpfungspunkt 144 wird diese Ansteuerdauer von der Injektormengenausgleichsfunktion 164 korrigiert. Diese Korrektur gleicht Abweichungen der einzelnen Stellelemente der verschiedenen Zylinder aus. Hierzu ist dem Stellelement ein Speicherelement zugeordnet, auf dem Daten abgelegt sind, die das Stellelement charakterisieren. Vorzugsweise sind abhängig vom Betriebspunkt Korrekturwerte abgelegt, mit denen die Ansteuerdauer zu korrigieren ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf dem Stellelement ein Speicherelement angeordnet ist, in dem lediglich Korrekturwerte für einige wenige Betriebspunkte abgelegt sind. Die Injektormengenausgleichsfunktion 164 berechnet ausgehend von diesen wenigen Betriebspunkten ein Korrekturkennfeld für alle Betriebspunkte. Die Korrekturwerte sind derart gewählt, dass alle Stellelemente der Brennkraftmaschine, beim gleichen Ansteuersignal, insbesondere der gleichen Ansteuerdauer, die gleiche Kraftstoffmenge zumessen.

[0017] Diese Korrekturwert dienen zur Korrektur des Ansteuersignals im Verknüpfungspunkt 144. Die Korrektur im Verknüpfungspunkt144 erfolgt vorzugsweise additiv. Sie kann aber auch multiplikativ erfolgen. Die Betriebspunkte sind vorzugsweise durch die einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Raildruck defmiert. Ergänzend können auch noch weitere Betriebskenngrößen, wie beispielsweise die Drehzahl und/oder Temperaturwerte, berücksichtigt werden.

[0018] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stellgröße im Verknüpfungspunkt 142 ein Vorsteuerwert, der dem Ausgangssignal der Vorsteuerung 162 entspricht, überlagert wird. Vorzugsweise erfolgt im Verknüpfungspunkt 142 eine additive und/oder eine multiplikative Verknüpfung. Die Vorsteuerwerte, mit denen die Vorsteuerung erfolgt, sind abhängig vom Betriebspunkt in der Vorsteuerung 162 in einem geeigneten Speicher abgelegt. Die Betriebspunkte sind vorzugsweise durch die einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Raildruck definiert. Ergänzend können auch noch weitere Betriebskenngrößen, wie beispielsweise die Drehzahl und/oder Temperaturwerte, berücksichtigt werden.

[0019] Erfindungsgemäß ermittelt die Adaption 160 abhängig vom Betriebspunkt Lernwerte. Diese Lernwerte werden dann in der Vorsteuerung 162 abhängig von Betriebspunkt abgelegt und zur Vorsteuerung verwendet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Injektormengenausgleichsfunktion die selben Lernwerte zur Korrektur der abgelegten Korrekturwerte verwendet. Dies kann dadurch realisiert sein, dass die Lernwerte der Vorsteuerung 162 und der Injektormengenausgleichsfunktion 164 zugeführt und jeweils abgespeichert werden. Ferner kann dies dadurch realisiert sein, dass die Vorsteuerung 162 und die Injektormengenausgleichsfunktion 164 auf einen gemeinsamen Speicher zugreifen, in dem die Lernwerte abgelegt sind.

[0020] Dabei ist vorgesehen, dass die Injektormengenausgleichsregelung 164 und die Vorsteuerung 162 nicht zur selben Zeit mit den gleichen Korrekturwerten korrigieren bzw. vorsteuern, da in diesem Fall der Mengenfehler doppelt kompensiert würde. Während die Vorsteuerung 162 mit den Lernwerten vorsteuert, validiert die Injektorausgleichsfunktion 164 seine Werte mit denen von der Adaption 160 ermittelten Werten.

[0021] Dies bedeutet ausgehend von der Stellgröße, das heißt von dem Ausgangssignal der Mengenausgleichsregelung durch die Regler 125 bestimmt die Adaption Lernwerte, die zur Vorsteuerung der Mengenausgleichsregelung verwendet werden. Diese Lernwerte kennzeichnen die Abweichung der einzelnen Stellelemente bzw. der einzelnen Verbrennungen in dem jeweiligen Zylinder und entsprechen einer Korrekturmenge, die nötig ist um eine Gleichstellung der Zylinder zu erzielen. Diese Korrekturmengen werden für jeden Zylinder und den jeweiligen Betriebspunkt in der Vorsteuerung 162 abgespeichert. Liegen der Betriebspunkt vor, so wird das Ausgangsignal der Regler mit dieser Korrekturmenge korrigiert. Diese Korrektur ist auch in Betriebszuständen möglich, in denen keine Mengenausgleichsregelung erfolgt. Auch in Betriebszuständen, in denen keine Mengenausgleichsregelung erfolgt, erfolgt eine Korrektur der Kraftstoffmenge.

[0022] Dadurch ist auch in Betriebszuständen, in denen keine Mengenausgleichsregelung möglich ist, wie beispielsweise bei der Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems, in instationären Betriebszuständen und/oder bei einer sog. homogenen Verbrennung, eine genaue Kraftstoffzumessung mit geringen Emissionen und verbessertem Komfort (Laufruhe) möglich.

[0023] In Figur 2 ist die Ermittlung der Korrekturwerte durch die Adaption 160 detailliert dargestellt. Zunächst wird nach einem Start 210 in einem Schritt 220 geprüft, ob vorgebbare Betriebszustände der Brennkraftmaschine und/oder Umgebungszustände gegeben sind, beispielsweise ob eine vorgegebene Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine vorgegebene Umgebungstemperatur, oder eine erwünschte Getriebeübersetzung existieren. Ferner wird geprüft, ob vorgegebene stationäre Zylinderstellwerte realisiert sind. Diese Betriebszustände bzw. Umgebungszustände werden aus nachfolgend beschriebenen Gründen auch als "Lernbereich" bezeichnet. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung zu einem Knotenpunkt 215 und die Überprüfung erfolgt in dieser Schleife so lange, bis die Betriebszustände und/oder Umgebungszustände erreicht sind. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt 230 geprüft, ob bereits Lernwerte gespeichert sind. Wenn keine Lernwerte vorhanden sind, erfolgt in Schritt 240 die auch als Lernen bezeichnete Korrektur und es werden die ermittelten Lernwerte gespeichert. Sodann erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 215 und die Prozedur beginnt von Neuem.

[0024] Wenn dagegen bereits Lernwerte gespeichert sind, wird in Schritt 250 geprüft, ob der Betrag dieser Lernwerte innerhalb vorgebbarer Schwellwerte liegt. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt 260 auf einen Fehler, wie beispielsweise ein defekter Injektor oder auf Verbrennungsaussetzer, erkannt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in Schritt 270 der auf diese Weise ermittelte Lernwert als neuer Lernwert gespeichert. Ferner wird ein Fehler erkannt, wenn zulässige Lerngrenzen erreicht werden, das heiß, dass die gelernten Mengenkorrektur ist zur groß bzw. zu klein.

[0025] Ausgehend von dem Lernwert können in einfacher Weise bestimmte Fehler erkannt werden. Weicht beispielsweise der Lernwert eines Zylinders deutlich ab, so wird diesem Zylinder bzw. dem entsprechenden Stellelement ein Fehler zugeordnet. Im stationären Betrieb, insbesondere wenn das Lernverfahren abgeschlossen ist, nehmen die Ausgangssignale der Regler 125 bzw. 135 nahezu den Wert Null an. Ist dies nicht der Fall, so wird bei dem entsprechen Zylinder ebenfalls auf Fehler erkannt.

[0026] Die Lernwerte der Mengenausgleichsregelung werden abhängig vom Betriebspunkt abgespeichert und zur Vorsteuerung bei der Mengenausgleichsregelung verwendet. Im Unterschied zu einer Initialisierung stehen diese Werte nicht nur beim Start der Brennkraftmaschine, sondern in allen Betriebszuständen zur Verfügung. Dadurch ist auch in Betriebszuständen, in denen die Mengenausgleichsregelung nicht zur Verfügung steht eine genauere Kraftstoffzumessung möglich.

[0027] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lernwerte zur Diagnose herangezogen werden. Durch die Adaption 160 wird die unterschiedliche Drift der verschiedenen Injektoren über die Laufzeit gelernt. Damit ist eine einfache Diagnose der Injektoren durch Vergleich des ursprünglichen Werts (=0) mit dem eingelernten Wert möglich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Lernwerte in allen Betriebspunkten ermittelt und abgespeichert. Daher stehen die Lernwerte in allen Betriebspunkten für die Diagnose zur Verfügung.

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Regler zugeordnet ist, die eine die Verbrennung charakterisierende Größe, auf einen gemeinsamen Sollwert einregeln, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den Ausgangsgrößen der Regler Lernwerte ermittelt und zur Vorsteuerung der Regler verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den Lernwerten Vorsteuerwerte ermittelt werden, die den Ausgangsgrößen der Regler additiv und/oder multiplikativ überlagert werden..

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lernwerte zur Korrektur einer Injektormengenausgleichsfunktion verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regler im Sinne einer Mengenausgleichsregelung zusammenarbeiten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den Lernwerten Fehler erkannt werden.

6. Verfahren nach Anspruch ein, dadurch gekennzeichnet, dass die Lernwerte abhängig vom Betriebspunkt abgespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebspunkt wenigstens durch eine Größe festgelegt ist, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisiert.

8. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Regler zugeordnet ist, die eine die Verbrennung charakterisierende Größe, auf einen gemeinsamen Sollwert einregeln, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von den Ausgangsgrößen der Regler Lernwerte ermittelt und zur Vorsteuerung der Regler verwenden.

Zeichnung