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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Vorgeschlagenwird ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerung einer Brennkraftmaschine,bei dem aus einer den Leistungswunsch repräsentierenden Eingangsgröße ein Momenten-Sollwert(MSW) berechnet wird. Danach wird der Momenten-Sollwert (MSW) unterBerücksichtigungeiner weiteren Größe über einKennfeld (8) in ein erstes leistungsbestimmendes Signal (ve1) gewandelt.Das erste leistungsbestimmende Signal (ve1) wird über einenrelativen Wirkungsgrad (ETAr) korrigiert, welche maßgeblicheine leistungsbestimmendes Signal (ve) zur Steuerung des Abtriebsmomentsbestimmen. Gemäß der Erfindungentspricht die weitere Größe einemrelativen Reibmoment (MFr), welches maßgeblich aus der Abweichungdes aktuellen Zustands der Brennkraftmaschine zu einem Normzustandberechnet wird.
    公开号:DE102004001913A1
    申请号:DE200410001913
    申请日:2004-01-14
    公开日:2005-08-04
    发明作者:Johannes Dipl.-Ing. Baldauf；Michael Dr. Eckstein；Johannes Dr. Kech；Andreas Dr. Kunz；Christian Dipl.-Ing. Rehm；Jörg Dipl.-Ing. Remele；Martin Dipl.-Ing. Schönle
    申请人:MTU Friedrichshafen GmbH；
    IPC主号:F02D41-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    [0002] DerBetriebspunkt einer Brennkraftmaschine wird durch den Betreiber über eineden Leistungswunsch repräsentierendeEingangsgröße vorgegeben,z. B. Fahrpedalstellung. Bei einer momentenorientierten Steuerungder Brennkraftmaschine wird der Leistungswunsch des Betreibers alsMomentenwunsch interpretiert. Hieraus berechnet ein elektronischesSteuergerätein leistungsbestimmendes Signal zur Darstellung des Momentenwunschesam Abtrieb der Brennkraftmaschine, z. B. eine Einspritzmenge.
    [0003] Ausder DE 100 00 918A1 ist eine momentenorientierte Funktionsarchitektur bekannt.Bei dieser wird aus dem Leistungswunsch des Betreibers ein Momenten-Sollwertbestimmt, welcher unter Berücksichtigungeiner weiteren Größe über einKraftstoffmengen-Kennfeld in eine Kraftstoffmenge für den Normalbetriebder Brennkraftmaschine gewandelt wird. Die weitere Größe entsprichteinem Momenten-Eingriff z. B. aus einer Antriebsschlupf-Regelungbzw. Motorschleppmoment-Regelung. Die berechnete Kraftstoffmengefür denNormalbetrieb wird danach übereinen relativen Wirkungsgrad korrigiert. Dieser wird in Abhängigkeiteines Einspritz- bzw. Zündwinkels,einer Abgas rückführungsrate,einem Luftverhältnissowie eines Ladedrucks und/oder Saugrohrdrucks bestimmt. Problematischist bei diesem Verfahren, dass das Temperaturverhalten einer Brennkraftmaschinebei dieser momentenorientierten Funktionsarchitektur nur unvollständig berücksichtigtist.
    [0004] DerErfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine momentenorientierteSteuerung einer Brennkraftmaschine im Bezug auf das Temperaturverhaltenweiter zu entwickeln.
    [0005] DieAufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dieentsprechenden Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
    [0006] DieErfindung sieht vor, dass die weitere Größe einem relativen Reibmomentder Brennkraftmaschine entspricht, welches maßgeblich aus der Abweichungdes aktuellen Zustands der Brennkraftmaschine zu einem Normzustandberechnet wird. Das relative Reibmoment wiederum wird über einentsprechendes Kennfeld in Abhängigkeiteiner Motor-Drehzahl und einer virtuellen Temperatur berechnet.Zur Berechnung der virtuellen Temperatur werden zwei gemessene Temperaturen über einemathematische Funktion miteinander verknüpft.
    [0007] Ineiner Ausführungsformder Erfindung ist vorgesehen, dass der relative Wirkungsgrad maßgeblichaus einer Umgebungs- und Kraftstoff-Temperatur, einem Umgebungs-Luftdruckund einer Luftmassenabweichungs-Korrektur bestimmt wird.
    [0008] DieVorteile der Erfindung sind, dass bei einer geänderten Umgebungsbedingungdas Soll-Moment korrekt auf das Abtriebs-Moment umgesetzt wird. Über diemathematische Funktion zur Berechnung der virtuellen Temperaturkann das Berechnungsverfahren mit wenig Aufwand an unterschiedlicheKühlkreisläufe angepasstwerden, z. B. eine Seewasserkühlungund Luftkühlung.Die virtuelle Temperatur bildet zusätzlich eine Redundanz, sodassbei einem Ausfall eines Temperatur-Sensors der weitere Betrieb derBrennkraftmaschine gewährleistetist.
    [0009] Inden Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.Es zeigen:
    [0010] 1 einSystemschaubild;
    [0011] 2 einBlockschaltbild zur momentenorientierten Funktionsarchitektur;
    [0012] 3 einBlockschaltbild zur Berechnung des relativen Wirkungsgrads;
    [0013] 4 einBlockschaltbild zur Berechnung des relativen Reibmoments;
    [0014] 5 einBlockschaltbild zur Berechnung der virtuellen Temperatur;
    [0015] 6 einenProgrammablaufplan.
    [0016] Die 1 zeigtein Systemschaubild einer Brennkraftmaschine 1 mit einemelektronischen Steuergerät 4.Bei der dargestellten Brennkraftmaschine 1 wird der Kraftstoff über einCommon-Rail-System eingespritzt. Dieses umfasst folgende Komponenten:Pumpen 3 mit einer Saugdrossel zur Förderung des Kraftstoffs auseinem Kraftstofftank 2, ein Rail 6 zum Speicherndes Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffsaus dem Rail 6 in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1.
    [0017] DieBetriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch das elektronischesSteuergerät(ADEC) 4 geregelt. Das elektronische Steuergerät 4 beinhaltet die üblichenBestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor,I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In denSpeicherbausteinen sind die fürden Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdatenin Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronischeSteuergerät 4 ausden Eingangsgrößen dieAusgangsgrößen. In 1 sindexemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt:ein Ist-Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 5 gemessen wird,ein Drehzahl-Signal nMOT der Brennkraftmaschine 1, einSignal FP zur Leistungs-Vorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße E. Unterder Eingangsgröße E sindbeispielsweise der Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturender Kühl-/Schmiermittel unddes Kraftstoffs subsumiert.
    [0018] In 1 sindals Ausgangsgrößen deselektronischen Steuergeräts 4 einSignal ADV zur Steuerung der Saugdrossel und eine Ausgangsgröße A dargestellt.Die Ausgangsgröße A stehtstellvertretend fürdie weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1,beispielsweise einem leistungsbestimmenden Signal ve, hier: Einspritzmenge.
    [0019] Die 2 zeigtein Blockschaltbild einer momentenorientierten Funktionsarchitektur.Die Eingangsgrößen sind:ein Momenten-Sollwert MSW, ein relatives Reibmoment MFr, die Motor-Drehzahl nMOTund ein Signal S. Die Ausgangsgrößen sind: dasleistungsbestimmende Signal ve und ein tatsächlicher Wirkungsgrad ETAt.Der Momenten-Sollwert MSW wird aus einer den Leistungswunsch repräsentierendenEingangsgröße, z. B.Fahrpedalstellung FP, ermittelt. An einer Stelle A werden der Momenten-SollwertMSW und das relative Reibmoment MFr addiert. Das relative ReibmomentMFr wird maßgeblichaus der Abweichung des aktuellen Zustands der Brennkraftmaschine 1 zueinem Normzustand berechnet. Der Normzustand wird vom Herstellerder Brennkraftmaschine bei Prüfstandsversuchenvorgegeben. Dieser ist füreine betriebswarme Brennkraftmaschine z. B. durch einen Umgebungs-Luftdruck von1013 Hektopascal, einer Umgebungs-Temperatur von 25 Grad Celsiusund einer konstanten Kraftstoff-Temperatur gekennzeichnet. Befindetsich die Brennkraftmaschine im Normzustand, so ist das relativeReibmoment MFr Null. Die Summe des Soll-Moments MSW und des relativenReibmoments MFr ist in 2 als Gesamt-Moment MSUM bezeichnet. DasGesamt-Moment MSUM entspricht einer der Eingangsgrößen für ein Kennfeld 8. Über dasKennfeld 8 wird in Abhängigkeitder Motor-Drehzahl nMOT und des Gesamt-Moments MSUM ein erstes leistungsbestimmendesSignal ve1 berechnet. In der Praxis kann das erste leistungsbestimmendeSignal ve1 einer Einspritzmenge, Einheit: Milligramm/Einspritzung,entsprechen. Überdas Signal S kann vom Betreiber zwischen verschiednen Kennfeldern 8 umgeschaltetwerden. Die Kennfelder 8 können als ein abgasoptimiertesoder verbrauchsoptimiertes Kennfeld 8 ausgeführt sein.
    [0020] Aneiner Stelle B wird das erste leistungsbestimmende Signal ve1 miteinem relativen Wirkungsgrad ETAr multipliziert. Die Berechnungdes relativen Wirkungsgrads ETAr erfolgt in einem Funktionsblock 9 undwird in Verbindung mit der 3 erläutert. Das Produktdes ersten leistungsbestimmenden Signals ve1 mit dem relativen WirkungsgradETAr ergibt ein zweites leistungsbestimmendes Signal ve2. Über einenFunktionsblock 10 wird aus dem zweiten leistungsbestimmendenSignal ve2 und dem Momenten-Sollwert MSW ein tatsächlicherWirkungsgrad ETAt berechnet. Der tatsächliche Wirkungsgrad ETAt wirdbeispielsweise zur Berechnung einer luftmassenabhängigen Momenten-Begrenzung verwendet. Ausdem zweiten leistungsbestimmenden Signal ve2 wird über einenFunktionsblock 15 in Abhängigkeit einer ersten BetriebsartMOD1 oder einer zweiten Betriebsart MOD2 das leistungsbestimmendeSignal ve berechnet. Die Betriebsart entspricht in der Praxis z. B.dem Betrieb der Brennkraftmaschine als Voll-Motor (MOD1) oder Halb-Motor (MOD2).Beim Halb-Motor ist nur die Hälfteder Zylinder befeuert. Das leistungsbestimmende Signal ve entsprichtder erforderlichen Kraftstoffmenge zur Darstellung des Momenten-Sollwerts MSW amAbtrieb der Brennkraftmaschine 1.
    [0021] Die 3 zeigtein Blockschaltbild zur Berechnung des relativen Wirkungsgrads ETAr.Die Eingangsgrößen sind:die Motor-Drehzahl nMOT, eine Luftmasse dmL, eine Umgebungs-Temperatur TUMG,eine Kraftstoff-Temperatur TKRST und ein Umgebungs-Luftdruck pUMG.Die Ausgangsgröße entsprichtdem relativen Wirkungsgrad ETAr. Innerhalb des Funktionsblocks 9 befindensich ein Funktionsblock 11 zur Berechnung einer Luftmassenabweichungs-KorrekturLMAK und Kennlinien 12 bis 14. Aus der Motor-DrehzahlnMOT und der Luftmassen-Abweichung dmL wird über den Funktionsblock 11 dieLuftmassenabweichungs-Korrektur LMAK bestimmt. Über diese wird bei einer sichverändernden Luftmasse,z. B. beim Schalten von Abgasturboladern, eine Korrektur bewirkt.Aus der Umgebungs-TemperaturTUMG wird überdie Kennlinie 12 eine Größe K1 berechnet. Aus der Kraftstoff-TemperaturTKRST wird überdie Kennlinie 13 eine Größe K2 bestimmt. Der Umgebungs-LuftdruckpUMG wird überdie Kennlinie 14 in eine Größe K3 umgesetzt. Die Kennlinien 12, 13 und 14 sindin der Art ausgeführt,dass bei Normzustand die Größen K1 bisK3 den Wert Eins besitzen.
    [0022] Die 4 zeigtein Blockschaltbild zur Berechnung des relativen Reibmoments MFr.Die Eingangsgrößen sind:die Motor-DrehzahlnMOT, die virtuelle Temperatur TVIRT und die Betriebsart MOD1 bzw.MOD2. Die Ausgangsgröße entsprichtdem relativen Reibmoment MFr. Der Funktionsblock 16 enthält ein Kennfeld 17 undeine Multiplikationsstelle A. Überdas Kennfeld 17 wird in Abhängigkeit der Motor-DrehzahlnMOT und der virtuellen Temperatur TVIRT ein erstes relatives ReibmomentMFr1 bestimmt. An der Stelle A wird dieses mit der Anzahl der ZylinderN multipliziert. Das Ergebnis entspricht dem relativen ReibmomentMFr. Überdas Signal Betriebsart MOD1 und MOD2 wird der Funktionsblock 16 für einenVoll-Motor oder Halb-Motorausgewählt. Selbstverständlich kannfür dieBerechnung des relativen Reibmoments MFr die Anzahl der ZylinderN entfallen, so dass das erste relative Reibmoment MFR1 und dasrelative Reibmoment MFr identisch sind. Alternativ kann die Anzahlder Zylinder N ausschließlichbeim Kennfeld 17 berücksichtigtwerden.
    [0023] In 5 istein Funktionsblock 18 zur Berechnung der virtuellen TemperaturTVIRT dargestellt. Überden Funktionsblock 18 wird in Abhängigkeit von Eingangstemperaturenund einem Gewichtungsfaktor g die virtuellen Temperatur TVIRT berechnet.Die Eingangs-Größen desFunktionsblocks 18 sind: die Umgebungs-Temperatur TUMG,eine Ladeluft-Temperatur TLL, eine Kühlmittel-Temperatur TKM, eineTemperatur des Ladeluftkühler-KühlmittelsTLLKM und eine Schmiermittel-Temperatur TOIL.
    [0024] JedeMessgröße ist zweifachauf den Funktionsblock 18 geführt. Über einen Schalter S1 wird einedieser Temperaturen ausgewähltund auf einen ersten Signalpfad mit den Punkten AB geführt. Über einenSchalter S2 wird ebenfalls aus diesen Eingangs-Temperaturen eineTemperatur ausgewählt undauf einen zweiten Signalpfad mit den Punkten DE geführt. Beider Darstellung in 5 entspricht das Signal am PunktA folglich der Temperatur des KühlmittelsTKM. Am Punkt D entspricht das Signal der Temperatur des Ladeluftkühler-Kühlmittels TLLKM. Am Punkt Edes zweiten Signalpfads wird diese Temperatur mit dem Faktor g gewichtet. Über denFaktor g kann die Berechnung der virtuellen Temperatur TVIRT anverschiedene Kühl-Kreisläufe angepasstwerden. Bekanntermaßenkann eine Brennkraftmaschine z. B. mit Seewasser oder mit Umgebungsluftgekühltwerden. Das Ergebnis dieser Multiplikati on am Punkt E wird auf denersten Signalpfad, Punkt C, geführt.Das Signal am Punkt A des ersten Signalpfads wird an einem PunktB mit dem Ergebnis der Berechnung Eins minus g multipliziert undebenfalls auf den Punkt C geführt.
    [0025] Für die Darstellungder 5 ergibt sich die Berechnung der virtuellen TemperaturTVIRT gemäß folgendermathematischer Funktion: TVIRT = T1(1 – g) + T2·gmit T1 erste Temperatur,hier: TKM T2 zweite Temperatur,hier: TLLKM TVIRT virtuelle Temperatur TKM Kühlmittel-Temperatur TLLKM Temperatur Ladeluftkühler-Kühlmittel g Gewichtungsfaktor
    [0026] In 6 istein Programmablaufplan dargestellt. Bei S1 wird der FahrerwunschFP eingelesen und hieraus der Momenten-Sollwert MSW berechnet. Danach wirddie virtuelle Temperatur TVIRT bei S2 berechnet. Bei S3 wird geprüft, welcheBetriebsart vorliegt. Wird die Brennkraftmaschine als Voll-Motor (MOD1)betrieben, so wird bei S4 ein erstes Kennfeld ausgewählt. DiesesKennfeld entspricht dem Kennfeld 17 der 4.Wird die Brennkraftmaschine als Halb-Motor (MOD2) betrieben, sowird der Pfad mit S5 durchlaufen, d. h. ein zweites Kennfeld wirdausgewählt.Danach erfolgt bei S6 die Berechnung des relativen Reibmoments MFr.Bei S7 wird geprüft,ob der Anwender das verbrauchsoptimierte Kennfeld 1, S8,oder das abgasoptimierte Kennfeld 2, S9, ausgewählt hat.Danach wird bei S10 das erste leistungsbestimmende Signal ve1, z.B. eine Einspritzmenge (Milligramm/Einspritzung), und der relativeWirkungsgrad ETAr berechnet. Der relative Wirkungsgrad ETAr dientzur Korrektur des ersten leistungsbestimmenden Signals ve1. DasErgebnis der Korrektur entspricht dem zweiten leistungsbestimmendenSignal ve2, S11. Aus dem zweiten leistungsbestimmenden Signal ve2und dem Momenten-Sollwert MSW wird danach bei S12 ein tatsächlicherWirkungsgrad ETAt berechnet. Bei S13 wird aus dem zweiten leistungsbestimmendenSignal ve2 das leistungsbestimmende Signal ve berechnet. Das leistungsbestimmende Signalve entspricht der erforderlichen Kraftstoffmenge zur Darstellungdes Momenten-Sollwerts MSW am Abtrieb der Brennkraftmaschine 1.Damit ist der Programmablaufplan beendet.
    1 Brennkraftmaschine 2 Kraftstofftank 3 Pumpenmit Saugdrossel 4 ElektronischesSteuergerät(ADEC) 5 Rail-Drucksensor 6 Rail 7 Injektor 8 Kennfeld 9 FunktionsblockBerechnung ETAr 10 FunktionsblockBerechnung ETAt 11 FunktionsblockBerechnung LMAK 12,13, 14 Kennlinie 15 FunktionsblockBetriebsart 16 FunktionsblockBerechnung MFr 17 KennfeldMFR 18 FunktionsblockBerechnung TVIRT
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennqkraftmaschine (1), bei dem aus einer den LeistungswunschrepräsentierendenEingangsgröße (FP)ein Momenten-Sollwert(MSW) berechnet wird, der Momenten-Sollwert (MSW) unter Berücksichtigungeiner weiteren Größe über ein Kennfeld(8) in ein erstes leistungsbestimmendes Signal (ve1) gewandeltwird, das erste leistungsbestimmende Signal (ve1) über einenrelativen Wirkungsgrad (ETAr) zu einem zweiten leistungsbestimmendenSignal (ve2) korrigiert wird, aus welchem ein leistungsbestimmendesSignal (ve) berechnet wird und die Steuerung des Abtriebs-Moments der Brennkraftmaschine(1) mittels des leistungsbestimmenden Signals (ve) bestimmtwird, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Größe einemrelativen Reibmoment (MFr) entspricht, welches maßgeblichaus der Abweichung des aktuellen Zustands der Brennkraftmaschine(1) zu einem Normzustand berechnet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das relative Reibmoment (MFr) über ein Kennfeld (17)in Abhängigkeiteiner Motor-Drehzahl (nMOT) und einer virtuellen Temperatur (TVIRT) derBrennkraftmaschine (1) berechnet wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das relative Reibmoment (MFr) zusätzlich in Abhängigkeiteiner Betriebsart (MOD1, MOD2) der Brennkraftmaschine (1)berechnet wird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Betriebart einer Betriebsweise der Brennkraftmaschine (1)als Voll-Motor (MOD1) oder Halb-Motor (MOD2) entspricht.
    [5] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die virtuelle Temperatur (TVIRT) der Brennkraftmaschine (1)aus zwei gemessenen Temperaturen mittels einer mathematischen Funktionberechnet wird.
    [6] Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein tatsächlicherWirkungsgrad (ETAt) aus dem Momenten-Sollwert (MSW) und dem zweitenleistungsbestimmenden Signal (ve2) berechnet wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass eine luftmassenabhängigeMomenten-Begrenzung auf der Basis des tatsächlichen Wirkungsgrads (ETAt)berechnet wird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der relative Wirkungsgrad (ETAr) maßgeblich aus einer Umgebungs-Temperatur (TUMG),einer Kraftstoff-Temperatur(TKRST), einem Umgebungs-Luftdruck (pUMG) und einer Luftmassenabweichungs-Korrektur(LMAK) bestimmt wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Luftmassenabweichungs-Korrektur (LMAK) in Abhängigkeitder Motor-Drehzahl (nMOT) und einer Luftmassen-Abweichung (dmL) berechnet wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Umgebungs-Temperatur (TUMG), die Kraftstoff-Temperatur (TKRST)und der Umgebungs-Luftdruck (pUMG) jeweils über eine Kennlinie (12, 13, 14)gewichtet werden.
    [11] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das leistungsbestimmende Signal (ve) berechnet wird, indemdas zweite leistungsbestimmende Signal (ve2) anhand der Betriebsart(MOD1, MOD2) gewichtet wird.
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