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Dokumentenidentifikation DE19626536A1 15.01.1998
Titel Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Anmelder Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Burckhardt, Christoph, Dipl.-Ing., 70184 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 02.07.1996
DE-Aktenzeichen 19626536
Offenlegungstag 15.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse F02D 41/04
IPC-Nebenklasse F02D 1/18   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs umfaßt folgende Verfahrensschritte:
a) in Abhängigkeit der Stellungsänderung eines Fahrpedals wird ein Pedalwertgebersignal erzeugt,
b) das Pedalwertgebersignal wird einem Steuergerät zugeführt, dem als weitere Eingangsgröße zumindest die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine eingegeben wird,
c) aus dem Wert der aktuellen Drehzahl wird durch Differenziation eine Drehzahländerungsgeschwindigkeit ermittelt,
d) in dem Steuergerät wird in Abhängigkeit der Änderung des Pedalwertgebersignals und der Drehzahländerungsgeschwindigkeit der Wert einer Einspritzmengenkorrektur berechnet, wobei der Wert der Einspritzmengenkorrektur in einem der Vollast benachbarten Bereich negativ und in einem der Nullast benachbarten Bereich positiv verstärkt wird,
e) der Wert der Einspritzmengenkorrektur wird mit einem Drehzahlgewichtungsfaktor multipliziert zu einer gewichteten Einspritzmengenkorrektur,
f) die gewichtete Einspritzmengenkorrektur wird einem Wandler zugeführt, der in Abhängigkeit der gewichteten Einspritzmengenkorrektur Steuersignale erzeugt, die einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung zugeleitet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der DE 37 21 300 A1 ist eine Einrichtung beschrieben, die auf eine Verstellvorrichtung einer Kraftstoffeinspritzpumpe wirkt. Dabei ist ein Kraftstoffördermengenverstellglied, das durch eine Kraftstoffmengen- und -steuerregeleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine verstellbar ist, zusätzlich durch ein Betätigungsorgan verstellbar, das seinerseits von einem in Abhängigkeit vom Auftreten von als Ruckeln bezeichneten schnellen Drehzahländerung oder Relativbewegungen der Brennkraftmaschine am Fahrzeug gebildeten, dem Ruckeln durch Kraftstoffördermengenglieder entgegenwirkenden Anti-Ruckelsignal gesteuert wird. Zwischen zwei eine Grundeinstellung definierenden Anschlägen ist ein Verstellhebel, der mit dem Kraftstoffördermengenverstellglied gekoppelt ist, verschwenkbar. In einem Steuergerät, dem zumindest die Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeführt wird, werden mittels eines Algorithmus sogenannte Anti-Ruckelsignale generiert, die einem Schrittmotor zugeführt werden. Dieser Schrittmotor dreht sich mit bestimmter Schrittzahl und verstellt auf diese Weise die den Verstellbereich definierenden Anschläge für den Verstellhebel.

Die bekannte Anordnung ist lediglich für mechanische Einspritzsysteme geeignet, wobei der Verstellhebel von einer an dem Hebel angreifenden Feder einerseits und einem Fliehkraftdrehzahlgeber andererseits beaufschlagt ist. Das Steuergerät kann nicht unmittelbar Einfluß auf die Stellung des Verstellhebel s nehmen, sondern dient lediglich dazu, die Lage der Anschläge zu verändern, das heißt, eine Änderung des Verstellbereiches zu bewirken. Für moderne Einspritzsysteme mit Schaltventilen, bei denen die Schaltgeschwindigkeit teilweise im Bereich von < 1 Millisekunde liegt, ist die bekannte Anordnung aufgrund der Trägheit der einwirkenden und zu bewegenden Massen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs zu schaffen, mit dem Bewegungen des Gaspedals möglichst rasch zu einer Einspritzmengenkorrektur zu verarbeiten sind und ein entsprechendes Steuersignal einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung zugeleitet wird. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß eine äußerst rasche Auswertung von Drehzahl und Pedalwertsignal erfolgt und dabei berücksichtigt wird, ob die Drehzahl in einem der Vollast benachbarten Bereich oder in einem der Nullast benachbarten Bereich befindet. Durch diese Maßnahme sowie durch Einbeziehung eines Drehzahlgewichtungsfaktors können Ruckel-Schwingungen zuverlässig unterbunden werden.

Es ist zweckmäßig, in die Ermittlung des Wertes der Einspritzmengenkorrektur die jeweilige Fahrstufe des Fahrzeuggetriebes, die momentan benutzt wird, einzubeziehen. Daher sollte die Drehzahländerungsgeschwindigkeit über ein von den jeweiligen Fahrstufen eines Fahrzeuggetriebes abhängiges Bandpaßfilter erzeugt werden. Auch ist es vorteilhaft, in dem Steuergerät fahrzeugtypspezifische Daten, ein sogenanntes Fahrzeugmodell, abzulegen oder diesem zuzuführen. Auf diese Weise erfolgt die Berechnung eines Drehzahländerungswertes in Abhängigkeit fahrzeugtypischer Parameter, so daß beispielsweise die für Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgänge bedeutsame Massenträgheit in die Regelung einbezogen wird.

In einem in dem Steuergerät abgelegten Fahrkennfeld wird unter Berücksichtigung des Pedalwertgebersignals und der aktuellen Drehzahl ein Wert des gewünschten Momentes berechnet. Aus diesem Wert kann unter Berücksichtigung weiterer Parameter ein Lastverhältnis der Drehmomente, nämlich Wunschmenge/Maximalmenge (MWunsch : MMax) gebildet werden, wobei die Maximalmenge u. a. abhängig vom λ-Wert ist. In einem Kennfeld des Steuergerätes kann somit in Abhängigkeit bestimmter Parameter das jeweilige Maximalmoment bestimmt werden, beispielsweise um eine Rauchbegrenzung zu erreichen, so daß bei einem bestimmten Betriebspunkt lediglich eine bestimmte Kraftstoffmenge freigegeben wird, unabhängig davon, ob durch die jeweilige Stellung des Fahrpedals eine höhere Kraftstoffanforderung vorgegeben ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur fahrpedalabhängigen Einspritzmengensteuerung,

Fig. 2 eine Anordnung zur Erzeugung eines Einspritzmengenkorrektursignals,

Fig. 3 eine Anordnung zur Erzeugung eines fahrzeugspezifischen Drehzahländerungswertes.

In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zur fahrpedalabhängigen Einspritzmengensteuerung dargestellt. Eine Steuergerät 5 dient zur Erzeugung eines Signals zur Einspritzmengensteuerung, bzw. eines entsprechenden Änderungswertes in Abhängigkeit mehrerer dem Steuergerät eingegebener Parameter. Von besonderer Bedeutung ist dabei selbstverständlich die Stellung eines Fahrpedals 1, das schwenkbar auf einem Chassis 2 gelagert ist. Diese Fahrpedalstellung wird als Spannung UFP dem Steuergerät 5 zugeführt, wobei selbstverständlich die Änderung in der Stellung des Fahrpedals 1 eine Änderung der Spannung UFP zur Folge hat. Ferner wird dem Steuergerät 5 die von einer Drehzahlerfassungseinrichtung 26 ermittelte aktuelle Drehzahl n zugeführt.

Als weitere Eingangsgrößen des Steuergerätes 5 können beispielsweise der Ladedruck PL, die Kühlmitteltemperatur TK und die Ladelufttemperatur TL dienen. Das in dem Steuergerät 5 aufgrund der Eingangsparameter errechnete Ausgangssignal entspricht der aufgrund der Fahrpedaländerung erforderlichen Änderung der Einspritzmenge, die mit me angegeben ist. Dieses Signal wird einem Wandler 6 zugeführt, dessen Ausgangssignal als Strom I zur Ansteuerung eines Injektors 7 dient. Der Injektor 7 kann beispielsweise Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß das auf dem Chassis schwenkbar gelagerte Fahrpedal 1 mittels einer Koppeleinrichtung 3 auf einen Pedalwertgeber 4 wirkt, der im Ausführungsbeispiel als veränderbarer Widerstand ausgeführt ist. An Stelle des Widerstandes kann auch ein Hallgenerator oder ein Induktivgeber verwendet werden. Mittels dieses Pedalwertgebers 4 wird die Spannung U in Abhängigkeit der Pedalstellung bzw. der Änderung des Fahrpedals 1 variiert und als Spannung UFP dem in Fig. 1 gezeigten Steuergerät 5 zugeführt. Dieses umfaßt gemäß Darstellung in Fig. 2 zunächst ein Fahrkennfeld 8 mit einer dort abgelegten Parameterschar. Zusätzlich zu der Spannung UFP des Pedalwertgebers 4 wird dem Steuergerät die augenblickliche Drehzahl n zugeführt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 soll die weitere Berechnung im Steuergerät auf der Grundlage des durch die Fahrpedalbetätigung gewünschten Drehmomentes erfolgen. Aus diesem Grund wird vom Fahrkennfeld 8 einem nachgeordneten Druckkennfeld 9 der Wert des gewünschten Momentes Msoll zugeführt. Als weiterer Parameter geht in dem Druckkennfeld 9 der Ladedruck PL ein, so daß aufgrund der in dem Druckkennlinienfeld abgelegten Drehmomentkennlinien in Abhängigkeit von der Höhe des jeweiligen Ladedruckes letztendlich auch eine entsprechend begrenzte Kraftstoffmenge vom Injektor 7 in Fig. 1 eingespritzt wird. Auf diese Weise wirkt das Druckkennfeld 9 als eine Rauchbegrenzung. Das ausgangsseitig des Druckkennfeldes 9 anstehende Signal M&sub1; entspricht dem Quotienten aus dem gewünschten Drehmoment Mwunsch : maximales Drehmoment Mmax, wobei letzteres nach dem λ-Wert des Druckkennfeldes 9 bestimmt ist.

In dem Steuergerät 5 in der Fig. 1 befindet sich gemäß Darstellung in Fig. 2 ein sogenanntes Fahrzeugmodell 10, in dem die fahrzeugspezifischen Werte für eine dem Fahrzeugtyp adäquate Berechnung abgelegt sind. Auf diese Weise wird aus dem Moment M&sub1; sowie der Drehzahl n der Brennkraftmaschine über das Fahrzeugmodell 10 eine Beschleunigung errechnet, die einem erwarteten Drehzahländerungswert n entspricht. Der in dem Fahrzeugmodell 10 errechnete erwartete Drehzahländerungswert n wird einem Summationsglied 11 zugeführt, an dem außerdem die über ein DT&sub1;-Glied gebildete Drehzahländerung n anliegt. Die Differenz aus dem erwarteten Drehzahländerungswert n und Drehzahländerung n wird einem Mengenkennfeld 13 zugeleitet, dem als weitere Größe das Moment M&sub1; eingegeben wird.

Die Parameterschar im Mengenkennfeld 13 ist so angelegt, daß abhängig von dem durch die Fahrpedaländerung ermittelten Momentenwert M&sub1; sowie des erwarteten Drehzahländerungswertes n und der Drehzahländerung n ein Wert für die Einspritzmengenkorrektur Δme errechnet wird. Um Regelproblemen, die sich in der Nähe der Vollast oder in der Nähe von Nullast (bei Loslassen des Fahrpedals 1) ergeben könnten, entgegenzuwirken, wird das vom Mengenkennfeld 13 ausgehende Signal der Einspritzmengenkorrektur Δme einem Multiplizierglied 14 zugeführt, dem außerdem ein über ein Bandpaßfilter 15 erzeugter Wert der mittleren Drehzahl n zugeleitet wird. Es erfolgt somit in dem Multiplizierglied 14 eine Gewichtung der Drehzahländerungsgeschwindigkeit über das Lastverhältnis und die Drehzahl. Dieser letztendlich erzeugte Wert ist die gewichtete Einspritzmengenkorrektur me.

In Fig. 3 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines fahrzeugspezifischen Drehzahländerungswertes gezeigt. Hierfür werden als Eingangssignale das Moment M&sub1; und die aktuelle Drehzahl n benötigt. Das Moment M&sub1; wird einer Einspritzmengenkorrektureinheit 25 zugeleitet, die im wesentlichen das Mengenkennfeld 13 und das Multiplizierglied 14 der in Fig. 2 gezeigten Anordnung umfaßt. Außerdem steht der Wert des Drehmomentes M&sub1; an einem Summierglied 16 an. Die aktuelle Drehzahl n wird zunächst über ein Bandpaßfilter 21 einem DT&sub1;-Glied 22 zugeleitet. Das Bandpaßfilter 21 ist nach den Übersetzungsverhältnissen der Fahrstufen des Getriebes ausgelegt. Das Ausgangssignal des DT&sub1;-Gliedes 22 ist die Drehzahländerung n, die einem PT&sub1;-Glied 20 zugeführt wird. Außerdem wird die Drehzahländerung n einem Summierglied 18 zugeführt, an dem andererseits das Signal des erwarteten Drehzahländerungswertes n ansteht.

In dem PT&sub1;-Glied 20 wird unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrstufe des Getriebes, in dem zur Zeit der Antrieb erfolgt, ein Signal gebildet, das einem Summierglied 19 zugeleitet wird. Am Summierglied 19 steht außerdem der erwartete Drehzahländerungswert n an, wobei dieser Wert von dem in dem PT&sub1;-Glied 20 gebildeten Ausgangswert subtrahiert wird. Das in dem Summierglied 19 gebildete Ergebnis wird in einem Integrator 24 zu einem Momentenwert umgewandelt, der dem Quotienten aus ΔM : Mmax entspricht. In dem Summierglied 16 wird dieser durch den Quotienten ausgedrückte Momentenwert von dem außerdem am Summierglied 16 anstehenden gewünschten Moment M&sub1; subtrahiert und dieses Ergebnis einem PT&sub1;-Glied 17 zugeleitet. In diesem PT&sub1;-Glied 17 wird aus dem Momentenwert der erwartete Drehzahländerungswert n gebildet, der wie bereits oben erwähnt, an dem Summierglied 18 ansteht. In dem Summierglied 18 wird daher eine Differenz Δn gebildet, die der Subtraktion aus n minus n entspricht.

Der auf diese Weise gebildete Drehzahländerungswert wird der Einspritzmengenkorrektureinrichtung 25 zugeführt und unter Berücksichtigung des dort anstehenden Momentenwertes M&sub1; in einem Mengenkennfeld zu einem Wert der Einspritzmengenkorrektur Δme verarbeitet. Aus der aktuellen Drehzahl n wird in einem PT&sub1;-Glied 23 die mittlere Drehzahl n gebildet und diese der Einspritzmengenkorrektur 25 zugeleitet. In dieser Einspritzmengenkorrektureinrichtung 25 erfolgt eine Gewichtung der Drehzahländerungsgeschwindigkeit, das heißt, der Wert der Einspritzmengenkorrektur Δme wird multipliziert mit dem Drehzahlgewichtungsfaktor, so daß letztendlich eine gewichtete Einspritzmengenkorrektur me vorliegt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs mit folgenden Verfahrensschritten:
    1. a) in Abhängigkeit der Stellungsänderung eines Fahrpedals (1) wird ein Pedalwertgebersignal (UFP) erzeugt,
    2. b) das Pedalwertgebersignal (UFP) wird einem Steuergerät (5) zugeführt, dem als weitere Eingangsgröße zumindest die aktuelle Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine eingegeben wird,
    3. c) aus dem Wert der aktuellen Drehzahl (n) wird durch Differenziation eine Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) ermittelt,
    4. d) in dem Steuergerät (5) wird in Abhängigkeit der Änderung des Pedalwertgebersignals (UFP) und der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) der Wert einer Einspritzmengenkorrektur (Δme) berechnet, wobei der Wert der Einspritzmengenkorrektur (Δme) in einem der Vollast benachbarten Bereich negativ und in einem der Nullast benachbarten Bereich positiv verstärkt wird,
    5. e) der Einspritzmengenkorrektur (Δme) wird mit einem Drehzahlgewichtungsfaktor multipliziert zu einer gewichteten Einspritzmengenkorrektur (me),
    6. f) die gewichtete Einspritzmengenkorrektur (me) wird einem Wandler (6) zugeführt, der in Abhängigkeit der gewichteten Einspritzmengenkorrektur (me) Steuersignale (I) erzeugt, die einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung (7) zugeleitet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) über ein von den jeweiligen Fahrstufen (Gängen) eines Fahrzeuggetriebes abhängiges Bandpaßfilter (21) sowie ein DT&sub1;-Glied (22) erzeugt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuergerät (5) fahrzeugtypspezifische Daten (Fahrzeugmodell) abgelegt oder diesem zuführbar sind und die Berechnung eines erwarteten Drehzahländerungswertes (n) in Abhängigkeit des Fahrzeugmodells (10) erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Fahrzeugmodell (10) erzeugte Drehzahländerungserwartungswert (n) um den Wert der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) vermindert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Fahrkennfeld (8) unter Berücksichtigung des Pedalwertgebersignals (UFP) und der aktuellen Drehzahl (n) ein Wert des gewünschten Momentes (Msoll) berechnet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, aus dem Wert des gewünschten Momentes (Msoll) unter Berücksichtigung weiterer Parameter ein Lastverhältnis von Wunschmenge zu Maximalmenge (M&sub1;) gebildet wird.
  7. 7. Einrichtung zur Regelung der Einspritzmenge des den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs mit einem Steuergerät (5), einem Pedalwertgeber (4), der mit dem Steuergerät (5) verbunden ist und diesem in Abhängigkeit der Betätigung eines Fahrpedals (1) ein Pedalwertsignal (UFP) zuführt, einer Drehzahlerfassungseinrichtung (26) der aktuellen Motordrehzahl (n), die ebenfalls mit dem Steuergerät (5) verbunden ist und mit Mitteln (12; 21, 22) zur Bildung einer Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) sowie Mitteln (13, 25) zur Berechnung einer Einspritzmengenkorrektur (Δme) unter Berücksichtigung eines in dem Steuergerät abgelegten Mengenkennfeldes (13) einer diesen Mitteln (13) nachgeordneten Einrichtung (14) zur Gewichtung des Wertes der Einspritzmengenkorrektur (Δme) sowie einem Wandler (6), der eingangsseitig die gewichtete Einspritzmengenkorrektur (me) empfängt und ausgangsseitig mit einer die Einspritzung des Kraftstoffs bewirkenden Vorrichtung (7) verbunden ist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) ein nach fahrzeugspezifischen Daten erstelltes Fahrzeugmodell (10; 16, 17, 19, 20, 24) umfaßt, in dem insbesondere das Übersetzungsverhältnis der Fahrstufen des Getriebes berücksichtigt sind.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (n) ein Bandpaßfilter (21) sowie ein differenzierendes Übertragungsglied mit Verzögerung (DT&sub1;-Glied 22) umfassen.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) ein Fahrkennfeld (8) sowie ein Druckkennfeld (9) umfaßt.






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