WO2002012698A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ausgehend von einer ersten Grösse, die die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Grösse, die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zugemessen wird, charakterisiert, wird eine dritte Grösse, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert, bestimmt. Ferner wird ausgehend von einer vierten Grösse, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte Grösse, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakterisiert, bestimmt. Die dritte Grösse und die fünfte Grösse werden zur Fehlerüberwachung ausgewertet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

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

Aus der DE 40 33 049 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors zur Erfassung der Position ei- nes Mengenstellwerks und des Mengenstellwerks bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird bei stromlos geschaltetem Mengenstellwerk überprüft, ob ein Nadelbewegungsfühler oder ein entsprechender Sensor ein Ausgangssignal liefert.

Desweiteren sind Verfahren bekannt, bei dem verschiedene Signale miteinander plausibilisiert werden.

Insbesondere bei der Verwendung eines Einspritzmengensignals ist die Plausibilisierung mit anderen Signalen problema- tisch, da bei heutigen Systemen häufig Einspritzungen erfolgen, die keinen Beitrag zum Moment der Brennkraftmaschine beitragen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Voreinspritzungen, die vor der eigentlichen Einspritzung erfolgen und Nacheinspritzungen, die insbesondere zur Abgasbehandlung oder zur Regeneration von Filtern und/oder Katalysatoren verwendet werden.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ausgehend von einer ersten Größe, die die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe, die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zugemessen wird, charakterisiert, eine dritte Größe, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert, bestimmt. Ausgehend von einer vierten Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, wird eine fünfte Größe,_. die das vom Fahrer gewünschte Moment charakterisiert, bestimmt. Die dritte Größe und die fünfte Größe werden zur Fehlerüber- wachung ausgewertet. Durch diese erfindungsgemäße Vorgehensweise ist eine sichere und genaue Fehlererkennung, insbesondere im Bereich der Kraftstoffzumessung und/oder der Erfassung des Fahrerwunsches möglich. Besonders vorteilhaft hierbei ist, das die zweite Größe, die die Winkelstellung der Kurbelwelle oder der Nockenwelle bei der Einspritzung charakterisiert, berücksichtigt wird. Dadurch lässt sich der Einfluß des eingespritzten Kraftstoffes auf das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment berücksichtigen. Als zweite Größe wird vorzugsweise der Sollwert oder Istwert des Einspritzbeginn, des Förderbeginns, des Ansteuerbeginns oder einer anderen entsprechenden Größe verwendet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als erste Größe die Ansteuerdauer einer Endstufe eines Magnetventils oder eines Piezoaktors verwendet wird. Durch die Verwendung der Ansteuersignale für die Endstufe kann die Funktionsfähigkeit der gesamten Steuereinheit überprüft werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vierte Größe der Po- sition eines Bedienelements entspricht. Dadurch sind auch. Fehler im Bereich der Verarbeitung des Ausgangssignale des Bedienelements erkennbar.

Vorteilhaft ist, wenn ein Fehler erkannt wird, wenn die dritte Größe und die fünfte Größe um mehr als ein Schwellenwert voneinander abweichen. Durch diese Vorgehensweise sind Fehler im gesamten Signalpfad der Steuerung erkennbar. Dies sind insbesondere Fehler im Bereich der Auswertung der Eingangsgrößen, der Berechnung und der Bestimmung der Ausgangs- großen.

Dadurch dass die Fehlerüberwachung nur in bestimmten Betriebszuständen erfolgt kann zum einen der Aufwand reduziert werden. Ferner ist eine präzisiere Fehlererkennung möglich, da in Zuständen in denen keine eindeutigen Ergebnisse gewinnbar sind, keine Fehlererkennung erfolgt.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- zeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen die Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 eine detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 3 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel der Steuerung einer Dieselbrennkraftmaschine be- schrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf die Verwendung bei einer Dieselbrennkraftmaschine beschränkt. Sie kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei denen ein Zusammenhang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge und Moment der Brennkraftina- schine besteht, bzw. bei den Systemen, bei denen ein definierter Zusammenhang zwischen der Einspritzmenge und einer anderen zu überwachenden Größe besteht.

Die Figur 1 zeigt die wesentlichen Elemente der Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Ein Stellglied ist mit 100 bezeichnet. Dieses Stellglied 100 bestimmt die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Magnetventil oder um einen Piezoaktor. Abhängig von der Dauer eines An- Steuersignals mißt das Stellglied der nicht dargestellten Brennkraftmaschine eine bestimmte Kraftstoffmenge zu.

Das Stellglied 100 wird von einer als TPU bezeichneten Einheit 110 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Hierbei liefert die TPU Signale, die den Einspritzbeginn, das Einspritzende festlegen. Eine nicht dargestellte Endstufe in dem Stellglied setzt diese in Ansteuersignale zur Ansteuerung verschiedener Schaltmittel um.

Hierzu wird die TPU 110 von einer Steuerung 120 mit entsprechenden Signalen beaufschlagt. Die Steuerung 120 verarbeitet Sensorsignale verschiedener Sensoren 130, die beispielsweise Signale bezüglich des Fahrerwunsches FP, der Drehzahl N der Brennkraftmaschine und andere Betriebskenngrößen oder Um- weltgrößen liefern.

Desweiteren ist eine Überwachung 140 vorgesehen, der die Ausgangssignale verschiedener Sensoren sowie die Ausgangs- Signale der TPU zugeleitet werden. Die Überwachung 140 be- aufschlagt die Steuerung 120 und bei einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Anzeige 150 mit entsprechenden Signalen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Anzeige 150 von der Steuerung 120 angesteuert wird.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, wie insbesondere der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Fahrerwunsch berechnet die Steuerung 120 den Zeitpunkt, bei dem die Einspritzung erfolgen soll, und die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Die ein- zuspritzende Kraftstoffmenge wird dann von dem Stellglied 100 der Brennkraftmaschine zugemessen und .führt zu einem entsprechenden Moment.

Neben der Kraftstoffmenge, die zur Erzeugung des Moments zu- gemessen wird, werden bei jedem oder bei einzelnen Zumeßzy- klen zusätzliche Kraftstoffmengen zugemessen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Geräuschreduzierung vor der eigentlichen Kraftstoffzumessung eine Voreinspritzung erfolgt. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass nach der eigentlichen Einspritzung eine Nacheinspritzung erfolgt. Die Nacheinspritzung dient unter anderem zur Einbringung von Kohlenwasserstoffen in die Abgase, die wiederum eine Temperaturerhöhung der Abgase bewirken. Desweiteren können diese Kohlenwasserstoffe in einem der Brennkraftmaschine nachge- schalteten Katalysator oder Partikelfilter Reaktionen hervorrufen, die erforderlich sind, um den Katalysator und/oder den Partikelfilter funktionsfähig zu halten.

Insbesondere die Nacheinspritzungen, die für ein Abgasnach- behandlungssystem erforderlich sind, tragen nicht zum abgegebenen Moment der Brennkraftmaschine bei. Weitere Teileinspritzungen tragen nur im verminderten Umfang zum Drehmoment bei. Die Überwachung 140 verarbeitet die Eingangssignale der Steuerung 120. Insbesondere liest die Überwachung 140 die Werte des Fahrpedalstellungsgebers ein. Hierbei handelt es sich insbesondere um das Ausgangssignal eines AD-Wandlers des Fahrpedalgebers 130. Desweiteren wertet die Überwachung 140 den letzten erfaßbaren Wert, beispielsweise die Ansteuerdauer aus und berechnet vorzugsweise unabhängig von der normalen Mengensteuerung, ob diese Werte plausibel sind. Nimmt beispielsweise die Fahrpedalstellung einen großen Wert und das Ansteuerdauersignal einen großen Wert an, so wird dies als plausibler Wert erkannt.

Eine solche Vorgehensweise erfordert an die Einspritzanlage angepaßte Vorgehensweise, da die Überwachung 140 berücksich- tigten muß, ob bei den entsprechenden Betriebszuständen, beispielsweise eine Nacheinspritzung erfolgt. Dies führt dazu, dass die Überwachung 140 und dort insbesondere die Plau- sibilisierung individuell auf das Einspritzsystem anzupassen ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass unabhängig vom Einspritzsystem über eine definierte Schnittstelle die Daten jeder Einspritzung über 720 Grad Kurbelwelledrehwinkel bereitgestellt werden. Hierzu wird für jeden Zylinder und für jede Einspritzung eine Größe abgespeichert, die der eingespritzten Menge und eine andere Größe, die die Winkelstellung, bei der die Einspritzung erfolgt ist. Mit dieser Information ist es möglich, die im Zylinder gebildeten Momente zu bestimmen und mit anderen Eingangsgrößen zu plausibili- sieren.

Durch die Bereitstellung einer einheitlichen Schnittstelle muß nur die Ermittlung der Lage und der Menge an Kraftstoffmenge speziell an das Einspritzsystem angepaßt werden. Die Überwachung auf Plausibilität kann für alle Systeme gleich- artig erfolgen. Desweiteren werden die erfaßten Daten zur Berechnung der aktuellen Motorleistung ausgehend von der Winkelstellung der Kurbelwelle, der Kraftstoffmenge bestimmt

Die Überwachung ist in Figur 2 detaillierter dargestellt.

Bereits in Figur 1 beschriebene Elemente sind in Figur 2 mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal der TPU 110 gelangt zu einer Tabelle 200 und von dort zu einer Mo entenbestimmung 210. Das Ausgangssignal der Momenten- bestimung 210 gelangt über eine Momentensummation 220 zu einer Logik 230, die wiederum ein entsprechendes Ausgangssignal zur Anzeige 150 bzw. zur Steuerung 120 liefert. Am zweiten Eingang der Logik 230 liegt das Ausgangssignal eines Momentenkennfeldes 240, dem als Eingangsgröße die Ausgangs- signale FP und N der Sensoren 130 zugeleitet werden.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt. Die Schätzung des indizierten Moments basiert auf einer Größe, die die Einspritzmenge, die zugemessen wurde, charakterisiert und einer Größe, die die Winkelstellung, bei der die Kraftstoffmenge zugemessen wird, charakterisiert. Vorzugsweise werden hierzu aus den entsprechenden Registern der TPU 110 der Einspritzbeginn und die Einspritzdauer ausgelesen. Anstelle der Einspritzdauer kann auch der entsprechende Einspritzwinkel ver- wendet werden. Der Einspritzbeginn gibt den Zeitpunkt bzw. die Winkelstellung der Kurbelwelle an, bei dem die Einspritzung erfolgt. Die Einspritzdauer definiert die Dauer der Einspritzung bzw. der Winkel, der während der Einspritzung überstrichen wird.

Dabei können aus der TPU die tatsächlichen Einspritzbeginne und Einspritzdauern, oder die Zeitpunkte oder die Winkelstellungen, ^' bei denen die Ansteuerung des Stellgliedes erfolgt, ausgelesen werden. Ausgehend von der Einspritzdauer wird eine Kraftstoffmenge bestimmt. Bei der Bestimmung der Menge aus der Ansteuerdauer wird beispielsweise berücksichtigt, dass die Ansteuerung des Stellgliedes länger ist als die tatsächliche Einspritzung. Die für jede Einspritzung ermittelte Kraftstoffmenge wird für jeden -Zylinder getrennt zusammen mit dem Ansteuerbeginnwinkel in die Tabelle 200 eingetragen. Diese Tabelle enthält alle Einspritzereignisse eines Zylinders über 720 Grad Kurbelwelle. Als Identifizierungsmerkmal ist zusätzlich die Zylindernummer in der Tabelle abgelegt. Zur Sicherstellung der Datenintegrität wird ein Zähler mitgeführt, der jeweils beim Beschreiben der Tabelle mit dem letzten'Ereignis erhöht wird. Für jeden Zylinder wird eine Botschaft mit dem Tabellenlayout angelegt, die durch das Betriebssystem verwaltet wird. Damit sind Zugriffskonflikte durch gleichzeitige Bearbeitung ausgeschlos- sen. Weiterhin ist eine Anpassung des Speicherbedarfs an die benötigte Zylinderzahl problemlos möglich. Die Ermittlung der Einspritzmenge sowie des zugeordneten Spritzbeginns erfolgt in der Tabelle vorzugsweise winkelsynchron.

Die Tabelle 200 bildet die Schnittstelle zwischen der Steuerung und der Überwachung. -Dabei ist die Botschaft mit dem Tabellenlayout für alle Einspritzsysteme gleich.

In der Momentenbestimmung 210 wird aus diesen Daten für je- den Zylinder ein indiziertes Moment berechnet und der Momen- tensummation 220 weitergeleitet. Die Momentensummation 220 berechnet zeitsynchron über alle Zylinder aufsummierte indizierte Momente.

Am Ausgang der Momentensummation 220 steht dann über ein Abtastzeitraum ermitteltes indiziertes Moment zur Verfügung.

Parallel hierzu wird ausgehend von der Fahrpedalstellung FP und der Drehzahl N mittels eines Momentenkennfeldes 240 eine Größe bestimmt, die den Fahrerwunsch charakterisiert. Diese Größe und die Größe, die das indizierte Moment charakterisiert werden von der Logik 230 auf Plausibilität überprüft und bei Abweichung auf Fehler erkannt und vorzugsweise eine entsprechende Anzeige 150 angesteuert.

Anstelle des Momentenkennfeldes 240 kann auch eine Berechnung mittels einer Formel erfolgen. Desweiteren können auch andere Größen oder weitere Größen neben der Fahrpedalstellung und der Drehzahl verwendet werden.

In Figur 3 ist die Vorgehensweise anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird das Sollmoment MS ausgehend von der Drehzahl und der Fahrpedalstellung FP berechnet. Eine sich anschließende Abfrage 310 überprüft, ob Betriebszustände vorliegen, in denen eine

Plausiblisierung möglich ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 300.

Liegt ein solcher Betriebszustand vor, so wird in Schritt 320 das indizierte Moment für jeden einzelnen Zylinder bestimmt. Hierzu wird die Ansteuerdauer mit dem Kurbelwellenwinkel gewichtet und so das indizierte Moment pro Einspritzung bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt vorzugsweise für jede Teileinspritzung, also sowohl für die Vor-, für die Haupt- und auch die Nacheinspritzung. Kraftstoffmengen, die bei der Nacheinspritzung zugemessen werden, werden vorzugsweise mit dem Wert Null gewichtet, da sie keinerlei Beitrag zum Moment liefern. Ansteuerdauer, Haupteinspritzung und der Voreinspritzung werden gemäß einer vorgebbaren Funktion das indizierte Moment der jeweiligen Einspritzung bestimmt.

Im anschließenden Schritt 330 werden die einzelnen indizierten Momente über mehrere Teileinspritzungen und vorzugsweise und/oder über mehrere Zylinder aufintegriert und daraus das Istmoment MI ermittelt. Anschließend wird in Schritt 340 der Betrag der Differenz zwischen dem Sollmoment MS und dem Istmoment MI berechnet. Die sich anschließende Abfrage 350 überprüft, ob der Betrag der Momentendifferenz MD größer als ein Schwellenwert SW ist. Ist dies nicht der Fall, so er- folgt erneut Schritt 300.

Ist der Betrag MD der Momentendifferenz größer als ein Schwellenwert, wird in Schritt 360 auf Fehler erkannt. Der Schwellenwert SW ist so gewählt, dass mögliche Toleranzen bei der Bestimmung des Moments nicht zu einer Fehlerauslösung führen.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei der ausgehend von einer ersten Größe, die die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe, die die Winkel- Stellung, bei der die Einspritzmenge zugemessen wird, charakterisiert, eine dritte Größe, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert, bestimmt wird, dass ausgehend von einer vierten Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte Größe, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakterisiert, bestimmt wird, dass die dritte Größe und die fünfte Größe zur Fehlerüberwachung ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Größe der Ansteuerdauer einer Endstufe oder insbesondere eines Magnetventils oder eines Piezoaktors entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Größe der Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht bei der die Einspritzung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die vierte Größe der Position eines Bedienelements entspricht.

5.. Verfahren nach ^'einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn die dritte Größe und die fünfte Größe um mehr als ein Schwellenwert voneinander abweichen.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerüberwachung nur in bestimmten Betriebszuständen erfolgt.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die ausgehend von einer ersten Größe, die die Einspritzmenge charakterisiert, und einer zweiten Größe, die die Winkelstellung, bei der die Einspritzmenge zuge- messen wird, charakterisiert, eine dritte Größe, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert, bestimmen, und die ausgehend von einer vierten Größe, die den Fahrerwunsch charakterisiert, eine fünfte Größe, die das vom Fahrer gewünschte Moment charakteri- siert, bestimmen, und die die dritte Größe und die fünfte

Größe zur Fehlerüberwachung auswerten.