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    • 专利摘要:
    Für eine Brennkraftmaschinewird ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerung vorgeschlagen,bei dem ein Soll-Moment aus einer den Leistungswunsch repräsentierendenEingangsgröße berechnet wirdund der Soll-Moment auf ein luftmassenabhängiges Maximal-Moment begrenztwird.
    公开号:DE102004011599A1
    申请号:DE200410011599
    申请日:2004-03-10
    公开日:2005-10-06
    发明作者:Johannes Dipl.-Ing. Baldauf；Michael Dr. Eckstein；Christian Dipl.-Ing. Rehm；Jörg Dipl.-Ing. Remele；Martin Dipl.-Ing. Schönle
    申请人:MTU Friedrichshafen GmbH；
    IPC主号:F02D23-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    [0002] Ausder DE 197 39 564A1 ist ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Soll-Moment aus einemFahrerwunsch berechnet wird und das Soll-Moment auf ein maximalzulässigesMoment begrenzt wird. Das maximal zulässige Moment wiederum wirdin Abhängigkeiteiner Fahrpedalstellung und der Motordrehzahl berechnet. Das Verfahrenist für eineBrennkraftmaschine mit Abgasturboladern nicht unmittelbar einsetzbar.
    [0003] Ausder DE 100 00 918A1 ist ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem wird aus einer Fahrpedalstellungein Soll-Moment berechnet, welches über ein Kennfeld in eine Soll-Kraftstoffmasse gewandeltwird. Diese Soll-Kraftstoffmassewird über einenrelativen Wirkungsgrad korrigiert. Die korrigierte Soll-Kraftstoffmassewiederum wird überein Kennfeld zur Rauchbegrenzung auf eine Maximal-Kraftstoffmasse limitiert.Problematisch bei dieser momentenbasierten Architektur ist jedoch,dass das Soll-Momentaufgrund der Rauchbegrenzung vom Ist-Moment am Abtrieb der Brennkraftmaschinesich unterscheiden kann.
    [0004] Ausder nicht vorveröffentlichtendeutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004001 913.4 ist ebenfalls ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem wird das Soll-Moment über einrelatives Reib-Moment korrigiert, wobei das relative Reib-Momentmaßgeblichaus der Abweichung des aktuellen Zustands der Brennkraftmaschinezu einem Normzustand berechnet wird. Das hieraus resultierende Momentwird überein entsprechendes Kennfeld in ein leistungsbestimmendes Signalzur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine umgesetzt. DerEinfluss eines Abgasturboladers ist bei diesem Verfahren nicht dargestellt.
    [0005] Aufgabeder Erfindung ist es ein Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader zu entwerfen.
    [0006] DieAufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. DieAusgestaltungen sind in den entsprechenden Unteransprüchen dargestellt.
    [0007] DieErfindung sieht füreine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader vor, dass das Soll-Momentdurch ein luftmassenabhängigesMaximal-Moment begrenzt wird. Das luftmassenabhängige Maximal-Moment wird hierbeiaus einer Kraftstoffmasse und einem tatsächlichen Wirkungsgrad berechnet. Beim Übergangvom Ein-Laderbetrieb in den Zwei-Laderbetriebwird das luftmassenabhängige Maximal-Momentaus einem Laderschalt-Moment berechnet. Nach Ablauf einer Zeitstufewird das luftmassenabhängigeMaximal-Moment wieder entsprechend dem aktuellen Motorbetriebszustandberechnet.
    [0008] DieErfindung bietet als Vorteile, dass im instationären Betrieb, z. B. beim Laderschalten,die Abgaswerte verbessert werden und das Abtriebsmoment dem begrenztenWunsch-Moment entspricht. Dies bedeutet, dass die Steuerung jederzeitauf das abgegebene Motormoment optimal eingestellt ist.
    [0009] Inden Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.Es zeigen:
    [0010] 1 einSystemschaubild;
    [0011] 2 einBlockschaltbild zur momentenorientierten Funktionsarchitektur;
    [0012] 3 einBlockschaltbild zur Berechnung des luftmassenabhängigen Maximal-Moments;
    [0013] 4 Zeitdiagramme;
    [0014] 5 einenProgrammablaufplan.
    [0015] 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.Anstelle des Rails 6 könnenauch Einzelspeicher vorgesehen sein.
    [0016] 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,eine Ist-Drehzahl nM(IST) der Brennkraftmaschine 1, einSignal FP zur Leistungs-Vorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße E. Unterder Eingangsgröße E sindbeispielsweise der Ladeluftdruck der Turbolader und die Temperaturender Kühl-/Schmiermittelund des Kraftstoffs subsumiert.
    [0017] 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.
    [0018] Die 2 zeigtein Blockschaltbild einer momentenorientierten Funktionsarchitektur.Die Eingangsgrößen sind:ein Soll-Moment MSW, ein relatives Reibmoment MFr, die Ist-Drehzahl nM(IST)und ein Signal S. Die Ausgangsgrößen sind:das leistungsbestimmende Signal ve und ein tatsächlicher Wirkungsgrad ETAt.Das Soll-Moment MSW wird aus einer den Leistungswunsch repräsentierendenEingangsgröße, z. B.Fahrpedalstellung FP, ermittelt. An einer Stelle A werden das Soll-MomentMSW 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 Her stellerder Brennkraftmaschine bei Prüfstandsversuchenvorgegeben. Dieser ist für einebetriebswarme Brennkraftmaschine z. B. durch einen Umgebungs-Luftdruckvon 1013 Hektopascal, einer Umgebungs-Temperatur von 25 Grad Celsius undeiner 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.Das Gesamt-Moment MSUM entspricht einer der Eingangsgrößen für ein Kennfeld 8. Über dasKennfeld 8 wird in Abhängigkeitder Ist-Drehzahl nM(IST) und des Gesamt-Moments MSUM ein erstes leistungsbestimmendesSignal ve1 berechnet. In der Praxis entspricht das erste leistungsbestimmendeSignal ve1 einer Einspritzmenge, Einheit: Milligramm/Einspritzung. Über dasSignal S kann vom Betreiber zwischen verschiednen Kennfeldern 8 umgeschaltet werden.Die Kennfelder 8 könnenals ein abgasoptimiertes oder verbrauchsoptimiertes Kennfeld 8 ausgeführt sein.
    [0019] Aneiner Stelle B wird das erste leistungsbestimmende Signal ve1 miteinem relativen Wirkungsgrad ETAr multipliziert. Die Berechnungdes relativen Wirkungsgrads ETAr erfolgt in einem Funktionsblock 9,z. B. in Abhängigkeiteiner Luftmasse, Umgebungs-Temperatur, Kraftstoff-Temperatur, Umgebungs-Luftdruck und derIst-Drehzahl. Das Produkt des ersten leistungsbestimmenden Signalsve1 mit dem relativen Wirkungsgrad ETAr ergibt ein zweites leistungsbestimmendesSignal ve2. Übereinen Funktionsblock 10 wird aus dem zweiten leistungsbestimmendenSignal ve2 und dem Soll-Moment MSW ein tatsächlicher Wirkungsgrad ETAtberechnet. Der tatsächlicheWirkungsgrad ETAt wird zur Berechnung einer luftmassenabhängigen Momenten-Begrenzung nach 3 verwendet.Aus dem zweiten leistungsbestimmenden Signal ve2 wird über einenFunktionsblock 11 in Abhängigkeit einer ersten Betriebsart MOD1oder einer zweiten Betriebsart MOD2 das leistungsbestimmende Signalve berechnet. Die Betriebsart entspricht in der Praxis z. B. demBetrieb der Brennkraftmaschine als Voll-Motor (MOD1) oder Halb-Motor(MOD2). Beim Halb-Motor ist nur die Hälfte der Zylinder befeuert.Das leistungsbestimmende Signal ve entspricht der erforderlichenKraftstoffmenge zur Darstellung des Soll-Moments MSW am Abtriebder Brennkraftmaschine 1.
    [0020] 3 zeigtein Blockschaltbild zur Berechnung des Soll-Moments MSW. Die wesentlichen Elementedes Blockschaltbilds sind eine Berechnung Luftmasse 12,ein Kennfeld Kraftstoffmasse 13, ein Schalter 14,ein Drehzahl-Regler 15 und eine Minimalwert-Auswahl 16.Aus den Eingangsgrößen LadeluftdruckpLL, Ladelufttemperatur TLL und Zylinderhubvolumen VZyl wird über dieGasgleichung (Berechnung 12) eine Luftmasse mL bestimmt. Über dasKennfeld 13 wird aus der Luftmasse mL und der Ist-DrehzahlnM(IST) der Brennkraftmaschine die Kraftstoffmasse mKR berechnet.An einem Punkt A wird die berechnete Kraftstoffmasse mKR mit einem tatsächlichenWirkungsgrad ETAt multipliziert. Das Ergebnis entspricht einem Ladedruck-BegrenzungsmomentMLDA. Dieses ist auf einen ersten Eingang des Schalters 14 geführt. Aufeinen zweiten Eingang des Schalters 14 wird ein Laderschalt-MomentMAX geführt.Die Ausgangsgröße des Schalters 14 entsprichteinem luftmassenabhängigenMaximal-Moment ML(MAX). In Abhängigkeitdes Schalters 14 entspricht somit das luftmassenabhängige Maximal-Moment ML(MAX) entwederdem Wert MLDA oder dem Wert MAX. Das luftmassenabhängige Maximal-MomentML(MAX) ist auf die Minimal-Auswahl 16 geführt. Alsweitere Größe wirdder Minimalwert-Auswahl 16 ein erstes Soll-Moment M1SWzugeführt.Das erste Soll-Moment M1SW wird überden Drehzahl-Regler 15 aus der Regelabweichung, d. h. demVergleich der Soll-/Ist-Drehzahlder Brennkraftmaschine berechnet. Selbstverständlich kann das erste Soll-MomentM1SW auch unmittelbar aus der Fahrpedalstellung abgeleitet werden.Die Ausgangsgröße der Minimalwert-Auswahl 16 entsprichtdem Soll-Moment MSW.
    [0021] Durchdas Blockschaltbild wird folgende Funktionalität abgebildet: Im Ein-Laderbetriebbefindet sich der Schalter 14 in der gezeichneten Stellung,d. h. das luftmassenabhängigeMaximal-Moment ML(MAX)entspricht dem Ladedruck-Begrenzungsmoment MLDA, welches wiederumaus der Kraftstoffmasse mKR und dem tatsächlichen Wirkungsgrad ETAtberechnet wird. In dieser Stellung wird das erste Soll-Moment M1SW über dieMinimalwert-Auswahl 16 auf den Wert MLDA begrenzt. MitErkennen eines Lader-Schaltpunkts, d. h. mit Aktivierung eines zweitenAbgasturboladers, wechselt der zweite Schalter 14 in diegestrichelte Position. In dieser Stellung entspricht das luftmassenabhängige Maximal-MomentML(MAX) dem Laderschalt-Moment MAX. Das erste Soll-Moment M1SW wirdin dieser Stellung folglich auf den Wert MAX begrenzt. Das Laderschalt-MomentMAX berechnet sich aus dem Ladedruck-Begrenzungsmoment MLDA vorBeginn der Laderschaltung und einem Faktor, typischerweise zwischeneins und zwei. Nach Ablauf einer Zeitstufe, z. B. 3 Sekunden, wechseltder Schalter 14 wieder in die ursprüngliche Position (durchgezogeneLinie).
    [0022] Die 4 besteht aus den beiden 4A und 4B.Diese zeigen jeweils überder Zeit einen Verlauf des Ladeluftdrucks pLL (4A)und einen Momenten-Verlauf (4B). In der 4B sindder Verlauf des luftmassenabhängigenMaximal-Moments ML(MAX) als durchgezogene Linie, der Verlauf des erstenSoll-Moments M1SW als gestrichelte Linie und der Verlauf des Soll-MomentsMSW als strichpunktierte Linie dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 wirddie Brennkraftmaschine mit ei nem Abgasturbolader betrieben, d. h.im Ein-Laderbetrieb. Das luftmassenabhängige Maximal-Moment ML(MAX)entspricht zu diesem Zeitpunkt dem Wert ML1. Das erste Soll-MomentM1SW wird zum Zeitpunkt t1 auf den hohen Wert ML1 begrenzt. ZumZeitpunkt t2 wird eine Laderschaltung initiiert, d. h. es wird einzweiter Abgasturbolader hinzugeschaltet. Da der Abgas-Volumenstrom konstantbleibt, sinkt auf der Primärseiteder Ladeluftdruck pLL vom Druckniveau p1 in Richtung des Druckniveausp2 (4A). Mit Initiierung der Laderschaltung wird dasluftmassenabhängigeMaximal-Moment ML(MAX) auf das Laderschalt-Moment MAX gesetzt. Diesesbestimmt sich aus dem zuletzt berechneten Ladedruck-Begrenzungsmoment MLDAvor Initiierung der Laderzuschaltung und einem Faktor, z. B. 1.2.Vor der Laderzuschaltung ist das luftmassenabhängige Maximal-Moment ML(MAX) identischmit dem Ladedruck-Begrenzungsmoment MLDA. Während des Zeitraums t2 bis t3wird folglich das erste Soll-Moment M1SW auf das Laderschalt-MomentMAX begrenzt. Der Zeitraum t2/t3 entspricht einer vorgebbaren Zeitstufet, z. B. 3 Sekunden. Nach Ablauf der Zeitstufe t, Zeitpunkt t3, wirddas luftmassenabhängigeMaximal-Moment ML(MAX) wieder überdas Kennfeld 13 und dem tatsächlichen Wirkungsgrad ETAtberechnet. Da der Ladeluftdruck pLL zum Zeitpunkt t3 den Wert p2besitzt, verringert sich daher ebenfalls das luftmassenabhängige Maximal-MomentML(MAX). Bei dem dargestellten Beispiel in 4B fällt dasluftmassenabhängige Maximal-Moment unter denWert des ersten Soll-Moments M1SW. Durch die Minimalwert-Auswahl 16 wirdnunmehr das Soll-Moment MSW entsprechend dem Verlauf des luftmassenabhängigen Maximal-Moments ML(MAX) aufdessen Wert begrenzt.
    [0023] In 5 istein Programmablaufplan eines Unterprogramms zur Ladedruck-Begrenzungdargestellt. Bei S1 wird eine Luftmasse mL aus dem Ladeluftdruck,der Ladelufttemperatur und dem Zylinderhubvolumen über dieGasgleichung berechnet. Bei S2 wird über das Kennfeld 13 inAbhängigkeitder Luftmasse mL eine Kraftstoffmasse mKR berechnet. Danach wirdder tatsächlicheWirkungsgrad ETAt eingelesen, S3. Aus dem tatsächlichen Wirkungsgrad ETAtund der Kraftstoffmasse mKR wird über Multiplikation das luftmassenabhängige Maximal-Moment MLDAbestimmt, S4. Bei S5 wird geprüft,ob eine Laderzuschaltung initiiert wird. Ist dies nicht der Fall,so wird der Programmablauf bei S7 fortgesetzt. Wird bei S5 eineLaderzuschaltung erkannt, so wird bei S6 geprüft, ob die Zeitstufe t denMaximal-Wert tMAX erreicht hat, z. B. 3 Sekunden. Ist die Zeitstufet noch nicht abgelaufen, so wird bei S8 das luftmassenabhängige Maximal-MomentML(MAX) auf das Laderschalt-MomentMAX gesetzt und der Programmablauf beim Punkt B fortgesetzt. Ergibtdie Prüfungim Schritt S6, dass die Zeitstufe abgelaufen ist, so wird der Programmablaufbeim Punkt A fortgesetzt und bei S7 das luftmassenabhängige Maximal-Moment ML(MAX)auf den berechneten Wert MLDA gesetzt. Danach wird ins Hauptprogrammzurückgekehrt.
    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 BestimmungBetriebsart 12 BerechnungLuftmasse 13 KennfeldKraftstoffmasse 14 Schalter 15 Drehzahl-Regler 16 Minimalwert-Auswahl
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Verfahren zur momentenorientierten Steuerungeiner aufgeladenen Brennkraftmaschine (1), bei dem einSoll-Moment (MSW)aus einer den Leistungswunsch repräsentierenden Eingangsgröße berechnetwird und ein leistungsbestimmendes Signal (ve) zur Steuerung desAntriebs-Moments der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeitdes Soll-Moments (MSW) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dassdas Soll-Moment (MSW) durch ein luftmassenabhängiges Maximal-Moment (ML(MAX))begrenzt wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das luftmassenabhängigeMaximal-Moment (ML(MAX)) aus einer Kraftstoffmasse (mKR) und einemtatsächlichenWirkungsgrad (ETAt) berechnet wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Kraftstoffmasse (mKR) überein Kennfeld (13) in Abhängigkeit einer Luftmasse (mL) undeiner Ist-Drehzahl (nM(IST)) der Brennkraftmaschine (1)berechnet wird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der tatsächlicheWirkungsgrad (ETAt) in Abhängigkeitdes Soll-Moments (MSW) bestimmt wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass beim Zuschalten eines weiteren Abgasturboladers das luftmassenabhängige Maximal-Moment(ML(MAX)) aus einem Laderschalt-Moment (MAX) bestimmt wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Laderschalt-Moment (MAX) aus dem luftmassenabhängigen Maximal-Moment (ML(MAX))vor Initiierung der Laderschaltung mal einem Faktor berechnet wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,dass nach Ablauf einer Zeitstufe (t) das luftmassenabhängige Maximal-Moment (ML(MAX))wieder in Abhängigkeitder Kraftstoffmasse (mKR) und dem tatsächlichen Wirkungsgrad (ETAt)berechnet wird.
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