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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
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Insbesondere bei Dieselmotoren steigen die Anforderungen an die Schadstoff- und Geräuschemissionen. Diese können nur mit einer optimierten Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erreicht werden. In der Qualität der Gemischaufbereitung ist die Kraftstoffeinspritzanlage wesentlich beteiligt. Wesentliche Parameter für den Ablauf der Verbrennung sind der Einspritzbeginn, die Einspritzdauer und der Einspritzverlauf. Als Einspritzverlauf wird die in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge als Funktion von dem Kurbelwellenwinkel bzw. von dem Nockenwellenwinkel bezeichnet.
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In der Regel wird zwischen verschiedenen Teileinspritzungen, die als Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung bezeichnet werden, unterschieden. Diese werden zeitlich nacheinander ausgeführt. Die Berechnung der Ansteuerbeginne und Ansteuerdauern der Teileinspritzungen in einen bestimmten Zylinder erfolgt üblicherweise zu einer festen Zeit bzw. Winkelabstand bezüglich des oberen Totpunkts des entsprechenden Zylinders. Während dieser Berechnung werden nur die Teileinspritzungen in den bestimmten Zylinder berücksichtigt.
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Die
DE 102 28 609 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine. Hierbei erfolgen pro Einspritzzyklus eines Zylinders wenigstens eine erste und eine zweite Teileinspritzung. Die Ansteuerbeginne und/oder die Ansteuerenden werden auf den oberen Totpunkt des zu befeuernden Zylinders bezogen. Die Erfassung des Kurbelwellenwinkels erfolgt durch ein Geberrad, das auf der Kurbelwelle und/oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bezogen auf den oberen Totpunkt wird ein statischer Interrupt ausgelöst, der die Berechnung des Ansteuerbeginns der jeweiligen Teileinspritzung und einen dynamischen Interrupt veranlasst. Der dynamische Interrupt löst die Berechnung des Ansteuerendes der jeweiligen Teileinspritzung aus.
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Die
DE 198 60 398 A1 zeigt ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine. Bei der hier beschriebenen Vorgehensweise wird durch einen Interrupt die Berechnung von mehreren Teileinspritzungen ausgelöst.
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Um die für die Teileinspritzung wichtigen Motorparameter möglichst aktuell berücksichtigen zu können, sollte der Abstand zwischen der Berechnung und der Durchführung der Teileinspritzung nicht zu groß werden. Daraus resultiert für einzelne Teileinspritzungen eine Einschränkung der möglichen Winkellagen bezüglich des oberen Totpunktes des befeuerten Zylinders auf den Bereich zwischen ca. 100 Grad Kurbelwelle vor OT bis ca. 100 Grad Kurbelwelle nach OT. Durch diese Beschränkungen können einige Anforderungen an die Geräusch- und Schadstoffemissionen nur schwer erfüllt werden. So benötigen moderne Abgasnachbehandlungssysteme zur Regeneration der eingesetzten Katalysatoren und/oder Partikelfilter eine sehr späte Nacheinspritzung. Zur Geräuschminderung ist bei bestimmten Betriebszuständen eine weit vorgelagerte Voreinspritzung vorteilhaft. Berechnet man nun alle Teileinspritzungen eines Zumesszyklusses eines Zylinders gemeinsam in Relation zum oberen Totpunkt des entsprechenden Zylinders, so wird insbesondere bei einer sehr frühen Voreinspritzung der Abstand zwischen der Erfassung der Motorparameter und der Durchführung der Haupteinspritzung sehr groß und entsprechend wird der Abstand zu der Nacheinspritzung ebenfalls sehr groß. Wird der Abstand zu groß, kommt es zu Abweichungen der erfassten Motorparameter von dem zum Zeitpunkt der Teileinspritzung herrschenden Motorzustand. Da die erfassten Motorparameter jedoch die Berechnungsgrundlage für die Einspritzparameter bilden, kommt es zu Mengenfehlern, die zu einer Erhöhung der Geräusche und/oder Schadstoffemissionen führen können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem eine sehr flexible Berechnung der Einspritzparameter auf Grundlage der aktuellen Betriebsparameter möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß werden die Teileinspritzungen Sektoren zugeordnet, und zu Beginn eines jeden Sektors werden Ansteuersignale aller Teileinspritzungen dieses Sektors ermittelt. Dabei erfolgt die Berechnung der Daten der Teileinspritzungen zu Beginn des Sektors unabhängig davon, in welchem Zylinder die jeweilige Teileinspritzung erfolgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass alle Teileinspritzungen, die in einen Sektor fallen, unabhängig davon in welchen Zylinder sie erfolgen gemeinsam berechnet werden.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 verschiedene über die Zeit aufgetragene Größen und 3 eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Steuereinheit ist mit 100 bezeichnet. Dieser werden von verschiedenen Sensoren verschiedene Signale zugeführt. In der 1 ist nur eine Auswahl wesentlicher Signale angegeben. So liefert ein erster Sensor 110 ein Signal bezüglich der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Ein zweiter Sensor 120 liefert ein Signal bezüglich des Fahrerwunsches FP und ein dritter Sensor 130 liefert ein Signal KW oder OT bezüglich der Kurbelwellenposition und/oder der Nockenwellenposition der Brennkraftmaschine. Ausgehend von diesen Signalen und gegebenenfalls weiteren Signalen beaufschlagt die Steuereinheit 100 ein Stellglied 140 mit Ansteuersignalen.
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Bei dem dritten Sensor 130 handelt es sich vorzugsweise um einen Sensor, der ein Geberrad, das auf der Nockenwelle und/oder auf der Kurbelwelle angeordnet ist, abtastet. Auf diesem Geberrad sind verschiedene Markierungen angebracht, die unter anderem einen Impuls bereitstellen, der bei jedem oberen Totpunkt eines Zylinders auftritt. Alternativ kann dieses Signal, ausgehend aus anderen Signalen, die vom Geberrad abgetastet werden, ermittelt werden.
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Das Stellglied 140 ist vorzugsweise als Magnetventil oder als Piezoaktor ausgebildet, das abhängig von dem Ansteuersignal die Kraftstoffzumessung in die Brennkraftmaschine freigibt oder unterbindet. Dabei bestimmt das Ansteuersignal insbesondere den Ansteuerbeginn und das Ansteuerende bzw. den Ansteuerbeginn und die Ansteuerdauer und damit den Beginn der Kraftstoffzumessung und die zugemessene Kraftstoffmenge.
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In 2a sind alle Teileinspritzungen über den Kurbelwellenwinkel bzw. dem Nockenwellenwinkel aufgetragen. Dabei sind die oberen Totpunkte der jeweiligen Zylinder mit OT1, OT2, OT3 und OT4 bezeichnet. Mit einem Pfeil nach links sind die Zeitpunkte markiert, bei denen die Berechnung des jeweiligen Einspritzzyklusses in einen bestimmten Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt. Teileinspritzungen, die einem bestimmten Zylinder zugeordnet sind, sind mit gleicher Höhe dargestellt. Die Teileinspritzung in den ersten und vierten Zylinder ist unproblematisch, da hier lediglich zwei Voreinspritzungen erfolgen. In den zweiten Zylinder erfolgt eine sehr späte Nacheinspritzung, wobei gleichzeitig in den dritten Zylinder eine sehr frühe Voreinspritzung erfolgt. Dies führt dazu, dass die Voreinspritzung des dritten Zylinders vor der Nacheinspritzung in den zweiten Zylinder erfolgt. Insbesondere ist hier problematisch, dass zum Zeitpunkt der sehr späten Nacheinspritzung in den zweiten Zylinder sich die Betriebszustände so wesentlich geändert haben können, dass hier von falschen Daten bei der Teileinspritzung ausgegangen wird. Entsprechendes gilt für den dritten Zylinder, bei dem die Daten für die Teileinspritzung aufgrund der frühen Voreinspritzung sehr früh vor der Einspritzung zu berechnen sind.
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In 2b sind die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. Eine Kurbelwellenumdrehung bzw. eine Nockenwellenumdrehung wird in verschiedene Sektoren eingeteilt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind alle Sektoren gleich. Dies ist nicht zwingend notwendig, die Sektoren können auch unterschiedlich groß sein. Die einzelnen Sektoren sind mit senkrechten Strichen markiert, wobei der Beginn eines Sektors jeweils mit S1, S2 bis S8 bezeichnet ist. Mit einem Pfeil nach links sind jeweils die Zeitpunkte angegeben, bei denen, ausgehend vom Beginn des Sektors, die Berechnung der Daten für diesen Sektor durchgeführt wird. In der dargestellten Ausführungsform sind die Sektoren so aufgeteilt, dass die Teileinspritzungen in den ersten Zylinder im ersten Sektor, die Teileinspritzungen in den vierten Zylinder im siebten Sektor erfolgen. Die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung des zweiten Zylinders erfolgen im dritten Sektor und die erste Voreinspritzung des dritten Zylinders erfolgt im fünften Sektor. Die sehr späte Nacheinspritzung des zweiten Zylinders und die sehr frühe Voreinspritzung des dritten Zylinders erfolgen gemeinsam im Sektor 4.
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Dies bedeutet, die Berechnung der ersten und zweiten Voreinspritzung sowie der Haupteinspritzung des zweiten Zylinders erfolgt im Sektor 3, die Berechnung der ersten Voreinspritzung und der Hautpeinspritzung des dritten Zylinders erfolgt im Sektor 5 und die Berechnung der zweiten (sehr frühen) Voreinspritzung des dritten Zylinders und der Nacheinspritzung des zweiten Zylinders erfolgt im vierten Sektor. Alte Berechnungen erfolgen unabhängig von der Zuordnung zu dem entsprechenden Zylinder in bestimmten Sektoren.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise detaillierter dargestellt. Ein Einspritzkoordinator 300 beschreibt eine relative Tabelle 310, die wiederum einen Sektorkoordinator 320 beaufschlagt. Diese beschreibt eine absolute Tabelle 330. Ausgehend von den in der absoluten Tabelle 330 abgelegten Werten gibt die Berechnung 340 die Daten für die Einspritzung vor und bildet die Ansteuersignale für das Stellglied 140.
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Um eine vom oberen Totpunkt unabhängige Berechnung der Teileinspritzungen zu ermöglichen, werden die Teileinspritzungen mehreren Sektoren zugeordnet. Die Anzahl der Sektoren richtet sich dabei nach der Zylinderzahl und der Rechenleistung der verwendeten Prozessoren. In der dargestellten Ausführungsform in 2 und 3 sind pro Zylinder zwei Sektoren vorgesehen. Diese Zahl ist nur beispielhaft gewählt. Sie kann auch vorzugsweise größer gewählt werden. Die Einspritzdaten der einem Sektor zugeordneten Teileinspritzungen werden vor jedem Sektorbeginn berechnet. Dieser Zeitpunkt ist mit einem Pfeil in 2b markiert. Die Teileinspritzungen in einem Sektor sind dabei vom einzuspritzenden Zylinder völlig unabhängig. Dadurch kann auf den einzelnen Zylinder zu jedem beliebigen Zeitpunkt eingespritzt werden. Eine Bindung an den oberen Totpunkt des einzuspritzenden Zylinders aufgrund der Berechnungsreihenfolge ist nicht mehr erforderlich.
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Der Einspritzkoordinator 300 ordnet die angeforderten Teileinspritzungen den einzelnen Zylindern zu. Dazu wird in Abhängigkeit von den Betriebszuständen festgestellt, in welchem Sektor relativ zum oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders sich die Teileinspritzungen befinden sollen. Diese Daten werden in die relative Tabelle 310 eingetragen. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Haupteinspritzung dem Sektor zugeordnet wird, in dem der obere Totpunkt des entsprechenden Zylinders liegt. Bei der Teileinspritzung in den dritten Zylinder bedeutet dies beispielsweise, dass lediglich die erste Voreinspritzung und die Haupteinspritzung in dem dem OT zugeordneten Sektor erfolgt. Die zweite Voreinspritzung erfolgt in dem davor liegenden Sektor. Bei der Teileinspritzung in den zweiten Zylinder erfolgt die Nacheinspritzung in dem Sektor, der auf den Sektor, in dem der OT liegt, folgt. Dies bedeutet in einem ersten Schritt ermittelt der Einspritzkoordinator 300 für die einzelnen Teileinspritzungen den jeweiligen Sektor relativ zum oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders dem diese Teileinspritzung zugeordnet ist.
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Die OT-relative Zuordnung der Teileinspritzungen wird anschließend von dem Sektorkoordinator 320 in eine absolute Zuordnung der Kurbelwellenwinkel umgerechnet und in die absolute Tabelle eingetragen. In einem zweiten Schritt ordnet der Sektorkoordinator 320 die jeweilige Teileinspritzung einem absoluten Sektor, wie sie beispielhaft in 2b dargestellt sind zu.
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In einem dritten Schritt erfolgt die Berechnung der Einspritzparameter durch Berechnung 340 zu Beginn oder unmittelbar vor dem Sektor für den jeweiligen Sektor auf Grundlage der Eintragungen in der absoluten Tabelle 330.
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Dies bedeutet, die Zuordnung der Teileinspritzungen zu den Sektoren erfolgt durch den Einspritzkoordinator und den Sektorkoordinator in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Der Einspritzkoordinator ordnet die angeforderten Teileinspritzungen den Zylindern zu. Dabei wird in Abhängigkeit vom Betriebszustand festgelegt, in welchen Sektoren relativ zum oberen Tatpunkt des jeweiligen Zylinders sich die Teileinspritzungen befinden sollen.