PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10317647A1 11.11.2004
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Boehland, Peter, 71672 Marbach, DE;
Weiss, Stefan, 71711 Steinheim, DE;
Eymann, Stefan, 71229 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 17.04.2003
DE-Aktenzeichen 10317647
Offenlegungstag 11.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.11.2004
IPC-Hauptklasse H01F 7/18
Zusammenfassung Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von wenigstens zwei Betriebskenngrößen eine Ansteuerdauer für ein Stellelement, das wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, vorgebbar ist, dass an bevorzugten Betriebspunkten eine Schaltzeit des elektromagnetischen Verbrauchers gegenüber nicht bevorzugten Betriebspunkten verändert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Bei üblichen Pumpe-Duse-Einheiten ist wenigstens ein Stellelement vorgesehen Vorzugsweise ist dieses als Magnetventil ausgebildet. Dieses Stellelement bestimmt den Beginn und das Ende der Einspritzung und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge.

Bei neueren Pumpe-Düse-Systemen sind wenigstens zwei unterschiedliche Einspritzraten möglich. Bei einer ersten wird eine kleine Kraftstoffmenge, und bei der zweiten eine größere Kraftstoffmenge pro Winkelstellung der Kurbelwelle bzw. pro Zeit zugemessen. Solche Systeme werden üblicherweise als Variodüsen bezeichnet. Eine solche Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der DE 101 41 679 bekannt.

Das Stellelement wird üblicherweise mit einem Ansteuersignal beaufschlagt, das den Beginn und das Ende der Kraftstoffzumessung steuert. Dazu wird üblicherweise ein sogenanntes Mengenkennfeld verwendet. In diesem Mengenkennfeld ist die Förderdauer, d. h. die Dauer, für die das Stellglied angesteuert wird, abhängig von wenigstens der Drehzahl und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bzw. dem gewünschten Moment abgelegt. Üblicherweise besitzt dieses Kennfeld ein nahezu lineares, aber zumindest stetiges Verhalten.

Bei sogenannten Variodüsen kann der Fall eintreten, dass in bestimmten Betriebszuständen, insbesondere beim Übergang von der kleinen Einspritzrate zur größeren Einspritzrate bzw. beim Übergang von der größeren Einspritzrate zur kleineren Einspritzrate, bei konstanter Ansteuerdauer ein Mengensprung auftritt. D. h. bei einer bestimmten Drehzahl springt die einzuspritzende Kraftstoffmenge bei konstanter Ansteuerdauer sprungförmig von einem niederen auf einen höheren Wert. Entsprechend springt die einzuspritzende Kraftstoffmenge bei konstanter Drehzahl und steigender Ansteuerdauer von einem niederen auf einen höheren Wert. Im Durchlaufen einer solchen Unstetigkeit in der Kennlinie ergibt sich ein ungewünschtes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass in bevorzugten Betriebspunkten die Schaltzeit des Magnetventils gegenüber nicht bevorzugten Betriebspunkten verändert wird, können die Auswirkungen des unstetigen Verhaltens des Kennfeldes vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in diesen bevorzugten Betriebspunkten die Schaltzeit verlängert wird. Dadurch wird erreicht, dass das Magnetventil diesen Betriebspunkten langsamer öffnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen

1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

2 einen Ausschnitt des Kennfeldes.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In 1 sind die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel einer sogenannten Pumpe-Düse-Einheit beschrieben. Diese Pumpe-Düse-Einheit umfasst als Stellelement 105 ein Magnetventil. Dieses wird abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen wie beispielsweise der eingespritzten Kraftstoffmenge M und einem Drehzahlsignal N angesteuert.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie kann auch bei anderen Systemen, insbesondere bei Common-Rail-Systemen oder Verteilerpumpen, die ein Magnetventil als Stellelement umfassen, eingesetzt werden. Des Weiteren können anstelle der Kraftstoffmenge andere Signale, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren, verwendet werden. Bevorzugt wird dabei ein Signal verwendet, das das gewünschte Moment charakterisiert, das von der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden soll. Des Weiteren können auch weitere Größen wie Temperatur- und/oder Druckwerte verwendet werden.

Das Stellelement 105 wird von einer Endstufe 100 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt. Eine entsprechende Endstufe ist beispielhaft in der DE 42 22 650 dargestellt. Die Endstufe besteht im Wesentlichen aus einer Reihenschaltung bestehend aus einem Schaltmittel, dem elektromagnetischen Verbraucher, der das Stellelement bildet, einem Strommessmittel und einer Steuerung. Ferner ist ein schaltbarer Freilaufkreis bzw. ein schaltbarer Löschkreis vorgesehen, der mittels eines weiteren Schaltmittels steuerbar ist. D. h. die Schaltzeit des elektromagnetischen Verbrauchers kann zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert beliebig vorgegeben werden. Der erste Wert entspricht der Schaltzeit, bei der die Schnelllöschung des Magnetventils aktiviert ist. Der zweite Wert entspricht der Schaltzeit, bei der die Schnelllöschung deaktiviert ist. Entsprechend kann alternativ vorgesehen sein, dass der Freilauf mittels eines entsprechenden Schaltmittels gesteuert wird.

Sowohl das Schaltmittel, das den Stromfluss steuert als auch das Schaltmittel, das den Freilauf bzw. den Löschkreis steuert, wird von der internen Steuerung in der Endstufe 100 angesteuert. Dies erfolgt abhängig von einem Ansteuersignal A, das im Wesentlichen durch seinen Beginn und seine Dauer AD bestimmt wird. Dieses Ansteuersignal, insbesondere die Ansteuerdauer AD wird von einem Kennfeld 120 bereitgestellt. Das Ansteuersignal S, abhängig von dem der Schnelllöschkreis bzw. der Freilaufkreis angesteuert wird, wird von einer Schaltzeitvorgabe 130 bereitgestellt. Sowohl das Kennfeld 120 als auch die Schaltzeitvorgabe 130 werden wenigstens mit einem Drehzahlsignal, eines Drehzahlsensors 150 und einem Kraftstoffmengensignal M beaufschlagt. Das Kraftstoffmengensignal M wird von einer Motorsteuerung 140 bereitgestellt. Die Motorsteuerung berechnet das Kraftstoffmengensignal ausgehend von dem Fahrerwunsch und weiteren Betriebskenngrößen. Alternativ zum Kraftstoffmengensignal kann auch eine Momentengröße verwendet werden.

In dem Kennfeld 120 ist abhängig von der Drehzahl und der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge die Ansteuerdauer AD des Stellelements 105 abgelegt. Das Stellelement 105 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil einer Pumpe-Düse-Einheit. Diese Pumpe-Düse-Einheit ist derart ausgebildet, dass bei kleinen gewünschten Kraftstoffmengen die Kraftstoffzumessung über eine erste Lochreihe erfolgt. Bei großen gewünschten Kraftstoffmengen erfolgt die Kraftstoffzumessung über eine erste und eine zweite Lochreihe. Ein entsprechendes Pumpe-Düse-System ist in der DE 101 41 679 beschrieben. Problematisch ist der Übergang zwischen dem Betrieb mit einer Lochreihe, die zu einer ersten Einspritzrate führt, zum Betrieb mit beiden Lochreihen, die zu einer zweiten Einspritzrate führt.

Eine entsprechende Kennlinie ist in 2a beispielhaft dargestellt. Dort ist die eingespritzte Kraftstoffmenge M über der Drehzahl N aufgetragen. Dabei ist eine Linie mit konstanter Ansteuerdauer AD aufgetragen. Bis zu der Drehzahl NK steigt die eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu linear an. Bei der Drehzahl NK steigt die eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu sprungförmig auf einen deutlich höheren Wert an. Anschließend steigt die Kraftstoffmenge M wieder linear über der Drehzahl an. Soll nun eine Kraftstoffmenge eingespritzt werden, die im Sprungbereich liegt, ist dies mit der entsprechenden Ansteuerdauer problematisch. Insbesondere ist dies problematisch, da diese Kraftstoffmengen häufig angefordert werden.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Magnetventil in Teilbereichen des Betriebszustandes langsamer geöffnet wird, das heißt die Schaltzeit verlängert wird. Dadurch wird ein fülligerer Druckverlauf erreicht und der Mengensprung kann vermieden werden. Ohne Änderungen an mechanischen und/oder hydraulischen Komponenten des Pumpe-Düse-Systems kann der Kraftstoffmengenbereich, in welchem ausschließlich mit der ersten Lochreihe eingespritzt wird, deutlich erweitert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es möglich, ohne zusätzlichen Hardwareaufwand den Kraftstoffmengensprung ganz oder teilweise zu vermeiden. Ferner wird das Druckprofil im abgasrelevanten Bereich fülliger. Ein unkontrolliertes Öffnen mit der zweiten Lochreihe mit sehr kurzen Schaltvorgängen der Innennadel kann vermieden werden. Bei gleicher eingespritzter Kraftstoffmenge ergibt sich im Vergleich zum Betrieb mit zwei Lochreihen eine bessere Kraftstoffaufbereitung. Unter günstigen Voraussetzungen kann das Öffnen der zweiten Lochreihe bei ungünstigen Kraftstoffmengenbereichen vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Schaltzeiten des Magnetventils in bevorzugten Betriebspunkten, in denen der Mengensprung im Kennfeld auftritt, die Schaltzeit gegenüber den anderen Betriebspunkten verändert wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Normalbetrieb die Schaltzeiten möglichst kurz gewählt werden, damit eine exakte Kraftstoffzumessung möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Endstufe einen Schnelllöschkreis bzw. einen Freilaufkreis umfasst, bei denen sich kurze Schaltzeiten ergeben. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in den bevorzugten Betriebspunkten die Schaltzeiten dadurch verlängert werden, dass der Freilaufkreis und/oder der Löschkreis derart gesteuert wird, dass sich die Schaltzeiten verlängern. Dies erfolgt insbesondere, wie in der DE 42 22 650 beschrieben, durch Ansteuern entsprechender Schaltmittel in der Endstufe 100. Die Schaltungsanordnung der DE 42 22 650 ist dabei als Ausführungsbeispiel zu sehen. Der entsprechende Effekt von unterschiedlichen Schaltzeiten, kann auch durch andere Schaltungen und/oder Maßnahmen realsisiert werden.

In 2b ist die Abhängigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Ansteuerdauer AD aufgetragen. Mit einer strichpunktierten Linie ist der Verlauf mit Schnelllöschung, das heißt mit kurzer Schaltzeit, dargestellt. Bis zu einer Ansteuerdauer AD0 erfolgt keine Kraftstoffzumessung. Ab der Ansteuerdauer AD0 steigt die eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu linear der Ansteuerdauer an. Der Verlauf der Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer mit längerer Schaltzeit ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Da sich die Zeitdauer der Kraftstoffzumessung aufgrund des verlangsamten Öffnungsvorganges des Magnetventils ohne Schnelllöschung bzw. ohne Freilauf verlängert, steigt die Kennlinie ohne Schnelllöschung steiler an. Bei einer Ansteuerdauer von ADK öffnet die zweite Lochreihe, und die Menge steigt sprungförmig an.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass bis kurz unterhalb der Ansteuerdauer ADK die Endstufe mit Schnelllöschung, das heißt mit kurzer Schaltzeit, betrieben wird. Kurz unterhalb der Ansteuerdauer ADK wird dann auf Betrieb mit veränderter Schnelllöschung, das heißt mit längerer Schaltzeit, umgeschaltet. D. h. die Schaltzeitvorgabe 130 gibt ein entsprechendes Signal S an die Endstufe ab, die die Schnelllöschung im Sinne einer längeren Schaltzeit beeinflusst. Gleichzeitig wird die Ansteuerdauer um einen entsprechenden Betrag reduziert, damit die eingespritzte Kraftstoffmenge konstant bleibt. Anschließend wird die Endstufe mit längerer Schaltzeit betrieben, bis eine Kraftstoffmenge erreicht ist, im linearen Bereich liegt. Ist dieser Betriebspunkt erreicht, so wird wieder auf den Betrieb mit Schnelllöschung übergegangen. Insgesamt ergibt sich erfindungsgemäß der mit einer durchgezogenen Linie eingetragene Verlauf in 2b.

Erfindungsgemäß führt die Schaltzeitvorgabe 130 die Umschaltung zwischen unterschiedlichen Schaltzeiten abhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies in Abhängigkeit der Kraftstoffmenge M und der Drehzahl N. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass lediglich die einzuspritzende Kraftstoffmenge verwendet wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zusätzlich oder alternativ die Ansteuerdauer verwendet wird, um die Schaltzeiten vorzugeben, ob eine Schnelllöschung erfolgt oder nicht. Des Weiteren können auch andere Signale herangezogen werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von wenigstens zwei Betriebskenngrößen eine Ansteuerdauer für ein Stellelement, das wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, vorgebbar ist, dass an bevorzugten Betriebspunkten eine Schaltzeit des elektromagnetischen Verbrauchers gegenüber nicht bevorzugten Betriebspunkten verändert wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerdauer ausgehend von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer das gewünschte Moment charakterisierenden Größe mittels eines Kennfeldes vorgebbar ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den bevorzugten Betriebspunkten sich für konstante Ansteuerdauern ein unstetiger Verlauf des Kennfeldes ergibt.
  4. Verfahren nach einem der vorlergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den bevorzugten Betriebspunkten eine gegenüber den nicht bevorzugten Betriebspunkten verlängerte Schaltzeit gewählt wird.
  5. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von wenigstens zwei Betriebskenngrößen eine Ansteuerdauer für ein Stellelement, das wenigstens einen elektromagnetischen Verbraucher beinhaltet, vorgebbar ist, dass Mittel vorgesehen sind, die an bevorzugten Betriebspunkten eine Schaltzeit des elektromagnetischen Verbrauchers gegenüber nicht bevorzugten Betriebspunkten verändern.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com