DE102005010028A1

DE102005010028A1 - Reglervorrichtung zur Kompensation von Streuungen von Injektoren

Info

Publication number: DE102005010028A1
Application number: DE102005010028A
Authority: DE
Inventors: Reza Aliakbarzadeh; Dirk Joachimsmeyer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-05
Also published as: WO2006092389A1; US7693644B2; DE102005010028B4; US20080281503A1

Abstract

Injektoren mit je einem Piezo-Aktuator sind Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordnet. Eine Reglervorrichtung ist ausgebildet zum Zuführen einer zylinderindividuellen Regelgröße und einer Führungsgröße zu einem Regler, dessen primäre Stellgröße eine Größe ist, die repräsentativ ist für eine während eines Ansteuerzyklus dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie. Eine Stellgrößenaufteilungseinheit ist vorgesehen, deren Eingangsgröße ein von dem Regler ermittelter Reglerwert (FBW) der primären Stellgröße ist und die ausgebildet ist zum Ermitteln eines Gesamtwertes (GW) der primären Stellgröße, abhängig von dem Reglerwert (FBW). Sie ist ferner ausgebildet zum Aufteilen des Gesamtwertes (GW) in einen Primärwert (PW) der primären Stellgröße und einen Sekundärwert (SW) einer sekundären Stellgröße, abhängig von einem unteren und/oder oberen Schwellenwert (THD_UP, THD_LOW) des Gesamtwertes (GW).

Description

Die Erfindung betrifft eine Reglervorrichtung zur Kompensation von Streuungen von Injektoren mit je einem Piezo-Aktuator, die Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind.

Brennkraftmaschinen werden zunehmend mit Injektoren ausgestattet, denen Piezo-Aktuatoren als Stellantriebe zugeordnet sind. Derartige Injektoren haben den Vorteil, dass mit ihnen sehr kurze Ventilöffnungszeiten der Injektoren erzielt werden können und somit mehrere Teileinspritzungen während eines Arbeitszyklusses eines Zylinders der Brennkraftmaschine möglich sind. Im Zusammenhang mit einem sehr hohen Betriebsdruck – im Falle von Benzin-Brennkraftmaschinen beispielsweise 200 bar – ist so auch bei direkter Zumessung des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder eine sehr gute Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches möglich. Dies ermöglicht im Falle einer genauen Ansteuerung der Injektoren, den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu steigern und insbesondere Schadstoffemissionen gering zu halten, was aufgrund strenger Abgasgesetzgebung erforderlich ist.

Aus der DE 197 06 126 C2 ist ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Bereich der Magergrenze bekannt. Das Verfahren wird eingesetzt für Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung mit einem Luftverhältnis λ, das größer als im stöchiometrischen Fall ist, das heißt mit Luftüberschuss. So kann ein hoher Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erreicht werden. Mit zunehmender Abmagerung steigen jedoch die Schwankungen zwischen den Verbrennungszyklen, bis schließlich Ent flammungsaussetzer auftreten. Aus Werten für die Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle werden zylinderindividuelle Laufunruhewerte ermittelt. Diese werden mit vorgegebenen Laufunruhewerten verglichen und einem Regler zugeführt, mittels dessen ein maximales Luftverhältnis angepasst wird und die Einspritzventile entsprechend angesteuert werden.

Aus der DE 195 44 720 C1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine durch Auswerten der Kurbelwellendrehzahl bekannt. Es werden Segmentzeitdauern gemessen, die die Kurbelwelle während der Arbeitstakte der einzelnen Zylinder zum Durchlaufen vorgegebener Winkelspannen benötigt. Ferner werden diese Segmentzeiten korrigiert mit einem Korrekturfaktor, der die mechanischen Toleranzen des Drehzahlaufnehmers beinhaltet. Aus den korrigierten Segmentzeiten werden Laufunruhewerte berechnet. Die Laufunruhewerte werden mit einem Schwellenwert verglichen und Verbrennungssetzer werden registriert, wenn der Schwellenwert überschritten wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Reglervorrichtung zur Kompensation von Streuungen von Injektoren zu schaffen, die einen präzisen und komfortablen Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Reglervorrichtung zur Kompensation von Streuungen von Injektoren mit je einem Piezo-Aktuator. Die Injektoren sind jeweils Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die Reglervorrichtung ist ausgebildet zum Zuführen einer zylinderindividuellen Regelgröße und einer Führungsgröße zu einem Regler, dessen primäre Stellgröße eine Größe ist, die repräsentativ ist für eine während eines Ansteuerzyklusses dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie. Unter einem Ansteuerzyklus kann eine Zeitdauer für einen Kurbelwellenwinkel verstanden werden zwischen zwei aufeinander folgenden Zumessungen von Fluid durch den Injektor und somit beispielsweise die Zeitdauer von dem Beginn des Ansteuerns des Piezo-Aktuators zum Zumessen von Fluid bis zum erneuten Ansteuern des Piezo-Aktuators zu einem weiteren Zumessen von Fluid. Dies schließt auch ein beabsichtigtes Steuern eines Stufenhubs des Aktuators ein.

Eine Stellgrößenaufteilungseinheit ist vorgesehen, deren Eingangsgröße ein von dem Regler ermittelter Reglerwert der primären Stellgröße ist. Die Stellgrößenaufteilungseinheit ist ausgebildet zum Ermitteln eines Gesamtwertes der primären Stellgröße abhängig von dem Reglerwert. Sie ist ferner ausgebildet zum Aufteilen des Gesamtwertes in einen Primärwert der primären Stellgröße und einen Sekundärwert einer sekundären Stellgröße abhängig von einem unteren und/oder oberen Schwellenwert des Gesamtwertes. Der obere und der untere Schwellenwert sind geeignet vorgegeben. Dies ermöglicht auf einfache und zuverlässige Weise einen nichtlinearen Bereich des Stellverhaltens des Piezo-Aktuators beim Betrieb des Injektors zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass die durch den jeweiligen individuellen Injektor zuzumessende Fluidmasse sehr präzise einstellbar ist. Auf diese Weise ist auf einfache Weise ein gleichmäßiges Zumessen von Fluid durch die verschiedenen Injektoren möglich. Somit ist ein Lauf der Brennkraftmaschine möglich, der weitgehend frei ist von Drehungleichförmigkeiten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellgrößenaufteilungseinheit ausgebildet zum Begrenzen des Wertebereichs des Primärwertes bezüglich seiner unteren Wertebereichsgrenze auf den unteren Schwellenwert und/oder bezüglich seiner oberen Wertebereichsgrenze auf den oberen Schwellenwert. Auf diese Weise kann besonders zuverlässig der unerwünschte nichtlineare Bereich des Stellverhaltens des Piezo-Aktuators bei geeigneter Wahl der oberen beziehungsweise unteren Schwellenwerte vermieden werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellgrößenaufteilungseinheit ausgebildet zum Erhöhen des Sekundärwertes über das für das Umsetzen der Differenz des Gesamtwertes und des Primärwertes notwendige Maß hinaus, wenn der Reglerwert den oberen Schwellenwert überschreitet, und Beibehalten der Erhöhung, bis der Reglerwert einen Hysteresewert in Bezug auf den oberen Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise kann einfach eine Regelreserve im Hinblick auf den Primärwert in Bezug zu dem oberen Schwellenwert geschaffen werden. So ist es nicht nötig, dass das Streckenverhalten in Bezug auf die sekundäre Stellgröße sehr präzise bekannt und entsprechend modelliert sein muss. Vielmehr können einfach Ungenauigkeiten bei der Umsetzung des Sekundärwertes durch den Primärwert im Sinne der Regelung ausgeglichen werden. Auch weitere Störgrößen können so präzise ausgeregelt werden. Insgesamt ist somit ein sehr präziser Betrieb der Injektoren möglich.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Stellgrößenaufteilungseinheit ausgebildet ist zum zunehmenden Erhöhen des Sekundärwertes über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes und des Primärwertes notwendige Maß hinaus, bis der Reglerwert einen Regelreserve-Schwellenwert in Bezug auf den oberen Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise kann eine vorgebbare Regelreserve präzise einfach eingehalten werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Reglervorrichtung ist die Stellgrößenaufteilungseinheit ausgebildet zum Verringern des Sekundärwertes über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes und des Primärwertes notwendige Maß hinaus, wenn der Reglerwert den unteren Schwellenwert unterschreitet, und Beibehalten der Verringerung bis der Reglerwert einen Hysteresewert in Bezug auf den unteren Schwellenwert überschreitet. Der Hysteresewert ist geeignet vorgegeben. Auch auf diese Weise kann einfach eine Reglerreserve im Hinblick auf den Primärwert geschaffen werden.

In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn die Stellgrößenaufteilungseinheit ausgebildet ist zum zunehmenden Verringern des Sekundärwertes über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes und des Primärwertes notwendige Maß hinaus, bis der Reglerwert einen Regelreservewert in Bezug auf den unteren Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise kann einfach ebenfalls eine vorgebbare Regelreserve präzise eingehalten werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Regler ein zylinderindividueller Lambdaregler. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Regler ein Laufunruheregler.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Reglervorrichtung ausgebildet zum Ermitteln des Gesamtwertes abhängig von einem Vorsteuerwert der primären Stellgröße, der abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Unter Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sind Messgrößen als auch von diesen abgeleitete Größen zu verstehen, wie beispielsweise eine Temperatur des Piezo-Aktuators oder ein Druck des Fluids, das durch den Injektor zumessbar ist oder auch ein sogenannter Duty-Cycle, der repräsentativ ist für ein Verhältnis einer Einschaltdauer zu einer Ausschaltdauer des Injektors, wobei während der Einschaltdauer Kraftstoff zugemessen wird und während der Ausschaltdauer kein Kraftstoff zugemessen wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die sekundäre Stellgröße eine Größe, die repräsentativ ist für eine Einspritzzeitdauer des Injektors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 eine Reglervorrichtung in der Steuervorrichtung,
3 eine erste Ausführungsform eines Programms für die Reglervorrichtung, und
4 und 5 eine zweite Ausführungsform des Programms für die Reglervorrichtung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner einen Injektor 18, der auch als Einspritzventil bezeichnet werden kann, und gegebenenfalls eine Zündkerze 19. Alternativ kann der Injektor 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. Der Injektor umfasst einen Piezo-Aktuator, über den die Position einer Düsennadel des Injektors 18 eingestellt wird und somit das Zumessen des Kraftstoffs durch den Injektor gesteuert wird. In einer Schließposition unterbindet die Düsennadel das Zumessen des Kraftstoffs. Außerhalb der Schließposition, insbesondere in einer Offenposition, gibt die Düsennadel den Kraftstofffluss frei. Der Hub der Düsennadel heraus aus ihrer Schließposition und hinein in ihre Schließposition ist durch das Zuführen bzw. Entnehmen von elektrischer Energie zu bzw. von dem Piezo-Aktuator steuerbar.
In dem Abgastrakt ist ein Abgaskatalysator angeordnet, der als Dreiwegekatalysator 21 ausgebildet ist. Ferner ist in dem Abgastrakt ein weiterer Abgaskatalysator bevorzugt angeordnet, der als NOx-Katalysator 23 ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird, und ein zweiter Temperatursensor 38, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst.
Ferner ist eine erste Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 42 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts ersten Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1–Z4. Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die stromabwärts des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 43 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Abgaskatalysators.
Die erste Abgassonde 42 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die zweite Abgassonde 43 ist eine binäre Lambdasonde. Sie kann jedoch auch eine lineare Lambdasonde sein.
Ferner ist ein Kraftstoffdrucksensor 44 vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck FUP in einem Hochdruckkraftstoffspeicher erfasst, der hydraulisch mit dem Injektor gekoppelt ist.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, der Injektor 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.
Die Steuervorrichtung 25 umfasst eine Reglervorrichtung (2) 45, die einen Regler 47, eine Stellgrößenaufteilungseinheit 49 und eine Vorsteuerung 51 umfasst. Der Regler 47 hat als Eingangsgrößen eine Führungsgröße FG und eine Regelgröße RG. Abhängig von der Regelgröße RG und der Führungsgröße FG ist der Regler ausgebildet zum Erzeugen eines Reglerwertes FBW einer primären Stellgröße.
Der Regler 47 kann beispielsweise vorgesehen sein für eine zylinderindividuelle Lambdaregelung. In diesem Fall ist die Führungsgröße FG bevorzugt ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf alle Zylinder Z1–Z4. Die Regelgröße ist in diesem Fall bevorzugt das dem jeweiligen Zylinder Z1-Z4 zugeordnete individuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das individuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann durch geeignete Signalauswertung des Messsignals der ersten Abgassonde 42 ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird das Messsignal der ersten Abgassonde 42 zu jeweils dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zuzuordnenden Zeitpunkten abgetastet, die in fester Korrelation zu dem jeweiligen Kurbelwellenwinkel stehen.
Der Regler 47 kann beispielsweise auch als Laufunruhe-Regler ausgebildet sein. Ein derartiger Laufunruhe-Regler wird insbesondere in einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine, das heißt in einem Betrieb mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit Luftüberschuss eingesetzt. In diesem Fall sind so die Führungsgröße FG als auch die Regelgröße RG die Laufunruhe der Brennkraftmaschine präsentierende Werte. Die Regelgröße RG wird in diesem Fall bevorzugt abgeleitet von einem Gradienten der Drehzahl der Kurbelwelle 8 innerhalb jeweils eines dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordneten Zylindersegments. Der Gradient der Drehzahl ist bevorzugt bezogen auf die jeweilige Drehzahl während des jeweiligen Zylindersegments. Unter einem Zylindersegment ist derjenige Kurbelwellenwinkelbereich innerhalb eines Arbeitszyklusses einer Brennkraftmaschine bezeichnet, der dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordnet ist. So beträgt der Winkelbereich eines Zylindersegments bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern Z1 bis Z4 bei einem Arbeitszyklus von 720 Grad Kurbelwelle 180 Grad Kurbelwelle.
Der Regler 47 ist ausgebildet zum Ermitteln der Regeldifferenz zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße. Abhängig von dieser Regeldifferenz wird dann der Reglerwert FBW ermittelt. Der Regler 47 kann beispielsweise P, I, I², D Anteile in beliebiger Kombination enthalten oder als ein sonstiger dem zuständigen Fachmann für derartige Regelzwecke bekannter Regler ausgebildet sein. Er kann somit beispielsweise als I, P, PI, PID, PII²D Regler ausgebildet sein.
Die Reglervorrichtung 45 kann auch mehrere Regler 47 umfassen, so zum Beispiel den als zylinderindividuellen Lambda-Regler ausgebildeten Regler 47 und den als Laufunruhe-Regler ausgebildeten Regler 47. Darüber hinaus ist bevorzugt eine der Anzahl der Zylinder Z1–Z4 entsprechende Anzahl an Reglern 47 vorgesehen. Dementsprechend kann auch für jeden der Zylinder Z1–Z4 eine eigene Regelvorrichtung 45 in der Steuervorrichtung 25 ausgebildet sein.
Die primäre Stellgröße ist eine Größe, die repräsentativ ist für eine während eines Ansteuerzyklusses dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie. Ein Ansteuerzyklus kann beispielsweise beginnen mit dem Beginn des Ansteuerns des jeweiligen Piezo-Aktuators des jeweiligen Injektors 18 zum Steuern der Düsennadel heraus aus ihrer Schließposition bis zu einem erneuten Beginn des Ansteuerns der Düsennadel heraus aus ihrer Schließposition. Die Stellgröße kann so beispielsweise die elektrische Energie selbst sein, sie kann jedoch auch eine zugeführte elektrische Ladung oder auch die elektrische Spannung, die über dem Piezo-Aktuator abfällt oder ein entsprechender zeitlicher Verlauf des Stroms oder eine elektrische Leistung sein.
Die Vorsteuerung 51 ist ausgebildet zum Ermitteln eines Vorsteuerwertes PCW, der der Stellgrößenaufteilungseinheit 49 zugeführt wird oder auf einen Primärwert PW der primären Stellgröße addiert wird. In diesem Fall muss der Vorsteuerwert PCW nicht notwendigerweise der Stellgrößenaufteilungseinheit 49 zugeführt sein.
Die Vorsteuerung 51 ist bevorzugt ausgebildet zum Erzeugen des Vorsteuerwertes PCW abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, die bevorzugt der Kraftstoffdruck FUP und/oder eine Aktuatortemperatur TEMP des Piezo-Aktuators des Injektors 18 und/oder der Duty-Cycle sind. Die Aktuatortemperatur TEMP wird bevorzugt mittels eines geeigneten physikalischen Modells, das auch ein Kennfeld oder mehrere Kennfelder umfassen kann, abhängig von der Kühlmitteltemperatur und gegebenenfalls der Ansauglufttemperatur ermittelt. Das geeignete physikalische Modell kann auch so ausgebildet sein, dass die Aktuatortemperatur TEMP ermittelt wird abhängig von Kapazitätswerten des Piezo-Aktuators des Injektors, insbesondere abhängig von erfassten Kapazitätsschwankungen des Piezo-Aktuators oder auch abhängig von der Temperatur des den Injektor durchströmenden Kraftstoffs.
Die Stellgrößenaufteilungseinheit 49 ist ausgebildet zum Ermitteln des Primärwertes PW abhängig von dem Reglerwert FBW und gegebenenfalls dem Vorsteuerwert PCW.
Die Stellgrößenaufteilungseinheit 49 ist bevorzugt als Programm in der Steuervorrichtung 25 ausgebildet, das in einem Programmspeicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert ist und während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet wird.
Ausführungsbeispiele des Programms sind im Folgenden anhand der 3, 4 und 5 näher erläutert.
Eine erste Ausführungsform des Programms für die Stellgrößenaufteilungseinheit 49 wird in einem Schritt S1 (3) gestartet, in dem bevorzugt Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S2 wird ein Gesamtwert GW der primären Stellgröße durch Summieren des Reglerwertes FBW und des Vorsteuerwertes PCW ermittelt. Alternativ können dem Gesamtwert GW auch lediglich der oder die Reglerwerte FBW zugeordnet werden. So kann der Gesamtwert GW im Falle des Vorhandenseins sowohl eines zylinderindividuellen Lambda-Reglers und eines Laufunruhe-Reglers, die jeweils den Regler 47 bilden durch Bildung der Summe der jeweiligen Reglerwerte FBW und gegebenenfalls des Vorsteuerwertes PCW ermittelt werden.
In einem Schritt S4 wird anschließend geprüft, ob der Gesamtwert GW größer ist als ein oberer Schwellenwert THD_UP. Ist die Bedingung des Schrittes S4 erfüllt, so wird dem Primärwert PW der primären Stellgröße in dem Schritt S6 der obere Schwellenwert THD_UP zugeordnet. In einem Schritt S8 wird ein Restwert D_GW durch Bilden einer Differenz des Gesamtwertes GW und des oberen Schwellenwertes THD_UP ermittelt. In einem Schritt S10 wird ein Sekundärwert SW einer sekundären Stellgröße abhängig von dem Restwert D_GW ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer geeigneten Kennlinie oder eines geeigneten Kennfeldes durch Kennfeldstützstelleninterpolation. Die sekundäre Stellgröße ist bevorzugt eine Größe, die repräsentativ ist für eine Einspritzzeitdauer des Injektors 18. Sie kann so zum Beispiel einen Korrekturwert für die Einspritzzeitdauer sein, sie kann jedoch auch ein Korrekturwert für eine zuzumessende Kraftstoffmasse sein, wobei dann eine dementsprechende korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse zum Ermitteln der Einspritzzeitdauer herangezogen wird.
Der Primärwert PW und der Sekundärwert SW werden anschließend eingestellt durch entsprechendes Ansteuern des Injektors 18, bevor die Bearbeitung erneut, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkelbereich in dem Schritt S2 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S4 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S12 geprüft, ob der Gesamtwert GW kleiner ist als ein vorgegebener unterer Schwellenwert THD_LOW. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt S14 dem Primärwert PW der Gesamtwert GW zugeordnet und in einem Schritt S16 dem Sekundärwert SW ein neutraler Wert zugeordnet. Anschließend wird dann der Primärwert PW durch entsprechendes Ansteuern des Injektors 18 eingestellt und die Bearbeitung des Programms ebenfalls gegebenenfalls nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder eines vorgegebenen Kurbelwellenwinkelbereichs erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S12 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S18 dem Primärwert PW der untere Schwellenwert THD_LOW zugeordnet. In einem Schritt S20 wird dem Restwert D_GW die Differenz des Gesamtwertes GW und des unteren Schwellenwertes THD_LOW zugeordnet. In einem Schritt S22 wird der Sekundärwert abhängig von dem Restwert D_GW in analoger Vorgehensweise zu dem Schritt S10 ermittelt. Anschließend werden dann der Primärwert PW als auch der Sekundärwert SW durch entsprechendes Ansteuern des Injektors 18 eingestellt.
Die oberen und unteren Schwellenwerte THD_UP, THD_LOW sind bevorzugt so vorgegeben, dass eine maximal beziehungsweise minimal dem Piezo-Aktuator zuzuführende elektrische Energie nicht überschritten beziehungsweise unterschritten wird.
Eine zweite Ausführungsform des Programms ist im Folgenden anhand der 4 und 5 näher erläutert. Das Programm wird in einem Schritt S24 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. In einem Schritt S26 wird dem Gesamtwert entsprechend dem Schritt S2 der Reglerwert FBW und der Vorsteuerwert PC und gegebenenfalls der Vorsteuerwert PCW zugeordnet. In einem Schritt S28 wird anschließend geprüft ob der Gesamtwert GW größer ist als der obere Schwellenwert THD_UP.
Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S30 ein erster Merker M_UP mit einem Wahrheitswert TRUE belegt. Anschließend wird in einem Schritt S32 dem Primärwert PW der obere Schwellenwert THD_UP zugeordnet. Ferner wird in einem Schritt S34 der Restwert D_GW durch Bilden der Differenz des Gesamtwertes GW und des oberen Schwellenwertes THD_UP ermittelt.
In einem Schritt S36 wird der Sekundärwert SW abhängig von dem Restwert D_GW und einem Erhöhungswert EHW ermittelt. Der Erhöhungswert kann beispielsweise fest vorgegeben sein oder auch bei aufeinander folgenden Durchläufen des Schrittes S36 während durchgehend mit dem Wahrheitswert TRUE belegten ersten Merker M_UP so ausgebildet sein, dass er jeweils zunimmt. Die Zuordnungsvorschrift des Schrittes S36 ist so ausgebildet, dass dem Sekundärwert durch den Erhöhungswert EHW bei gleichem Restwert D_GW ein höherer Wert zugeordnet wird, als dies in dem Schritt S10 der Fall ist.
Anschließend wird die Bearbeitung in einem Schritt S37 fortgesetzt, in dem der Primärwert PW und der Sekundärwert SW durch entsprechendes Ansteuern des jeweiligen Injektors 18 eingestellt werden. Danach verharrt das Programm bevorzugt noch bis zum Ablauf einer vorgebbaren Wartezeitdauer oder eines vorgebbaren Kurbelwellenwinkels in dem Schritt S37, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S26 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S28 nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S38 geprüft, ob der erste Merker M_UP mit dem Wahrheitswert TRUE belegt ist und der Gesamtwert GW größer ist als der obere Schwellenwert THD_UP reduziert um einen Regelreserve-Schwellenwert THD_FBR.
Ist die Bedingung des Schrittes S38 erfüllt, so wird in einem Schritt S40 dem Primärwert PW der Gesamtwert zugeordnet und in einem Schritt S42 wird dem Sekundärwert SW ein Wert zugeordnet, der abhängig von dem Erhöhungswert EHW und den beim letztmaligen Ermitteln des Sekundärwertes ermittelten Sekundärwertes berechnet wird. Die Berechnungsvorschrift ist in dem Schritt S42 bevorzugt so ausgebildet, dass der Erhöhungswert EHW ein Erhöhen des Sekundärwertes im Vergleich zu seinem letzten Berechnen bewirkt. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S38 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S44 geprüft, ob der erste Merker M_UP den Wahrheitswert hat und der Gesamtwert größer ist als der obere Schwellenwert THD_UP reduziert um einen Hysterese-Schwellenwert THD_HYS. Ist die Bedingung des Schrittes S44 erfüllt, so wird in einem Schritt S46 dem Primärwert der Gesamtwert und in einem Schritt S48 dem Sekundärwert der letztmalig ermittelte Sekundärwert zugeordnet. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S44 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S50 geprüft, ob der Gesamtwert GW kleiner ist als der oberer Schwellenwert THD_UP reduziert um den Hysterese-Schwellenwert THD_HYS oder der Gesamtwert GW größer ist als der untere Schwellenwert THD_LOW erhöht um den Hysterese-Schwellenwert THD_HYS. Ist die Bedingung des Schrittes S50 erfüllt, so wird in einem Schritt S52 dem Primärwert PW der Gesamtwert GW zugeordnet und in einem Schritt S54 der Sekundärwert mit einem neutralen Wert belegt. Ferner wird in einem Schritt S56 dem ersten Merker M_UP und einem zweiten Merker M_LOW ein Falschwert FALSE zugeordnet. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S50 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S58 geprüft, ob der Gesamtwert GW kleiner ist als der untere Schwellenwert THD_LOW. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S60 der zweite Merker M_LOW mit dem Wahrheitswert TRUE belegt. Anschließend wird in einem Schritt S62 dem Primärwert PW der untere Schwellenwert THD_LOW zugeordnet. In einem Schritt S64 wird dem Restwert D_GW die Differenz des Gesamtwertes GW und des unteren Schwellenwertes THD_LOW zugeordnet. Anschließend wird in einem Schritt S66 der Sekundärwert SW abhängig von dem Restwert D_GW und einem Verringerungswert EN_W analog zu dem Vorgehen des Schrittes S36 ermittelt, wobei der Verringerungswert EN_W zu einem Verringern des Sekundärwertes SW führt. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S58 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S68 geprüft, ob der zweite Merker M_LOW den Wahrheitswert TRUE hat und der Gesamtwert GW kleiner ist als der untere Schwellenwert THD_LOW erhöht um den Regelreserve-Schwellenwert THD_FBR. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S70 dem Primärwert PW der Gesamtwert zugeordnet und der Sekundärwert SW wird in einem Schritt S72 ermittelt abhängig von den bei dem letztmaligen Berechnen des Sekundärwertes SW ermittelten Sekundärwertes SW und dem Verringerungswert ENW. Dies erfolgt entsprechend analog zu dem Schritt S42. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S68 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S74 dem Primärwert der Gesamtwert GW zugeordnet und in einem Schritt S76 der Sekundärwert SW unverändert gelassen. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S37 fortgesetzt.
Durch eine geeignete Vorgabe des Regelreserve-Schwellenwertes THD_FBR kann einfach gewährleistet werden, dass sich eine entsprechend gewünschte Regelreserve hinsichtlich der primären Stellgröße einstellt. Es kann dann insgesamt eine höhere Regelungsgüte gewährleistet werden, da der Regler 47 ausgebildet ist zum Ermitteln des Reglerwertes FBW der primären Stellgröße und so mögliche Ungenauigkeiten im Hinblick auf das Streckenverhalten bezüglich der Sekundärgröße ohne weiteres in Kauf genommen werden können ohne die Regelgüte zu beeinflussen. Der Regelreserve-Schwellenwert THD_FBR beträgt beispielsweise 10% von dem oberen Schwellenwert THD_UP.
Der Hysterese-Schwellenwert THD_HYS ist geeignet so vorgegeben um ein gewünschtes Hysterese-Verhalten zu bewirken, er kann beispielsweise in etwa 20 Prozent der Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert THD_UP, THD_LOW betragen.
Der Erhöhungswert EHW kann auch so ausgebildet sein, dass er bei aufeinander folgendem Durchlauf des Schrittes S36 ledig lich eine Konstante gleich bleibt, gleichbleibende Erhöhung des Sekundärwertes im Vergleich zu dem Schritt S10 bewirkt dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass in dem Schritt S42 der Sekundärwert SW unabhängig von dem Erhöhungswert EHW ermittelt wird. Entsprechendes gilt für die Schritte S66 und S72 bezüglich des Verringerungswertes ENW.

Claims

Reglervorrichtung zur Kompensation von Streuungen von Injektoren (18) mit je einem Piezo-Aktuator, die Zylindern (Z1 bis Z4) einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind, wobei die Reglervorrichtung (45) ausgebildet ist zum Zuführen einer zylinderindividuellen Regelgröße (RG) und einer Führungsgröße (FG) zu einem Regler (47), dessen primäre Stellgröße eine Größe ist, die repräsentativ ist für eine während eines Ansteuerzyklusses dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie, wobei eine Stellgrößenaufteilungseinheit (49) vorgesehen ist, deren Eingangsgröße ein von dem Regler (47) ermittelter Reglerwert (FBW) der primären Stellgröße ist, und die ausgebildet ist zum Ermitteln eines Gesamtwertes (GW) der primären Stellgröße abhängig von dem Reglerwert (FBW), zum Aufteilen des Gesamtwertes (GW) in einen Primärwert (PW) der primären Stellgröße und einen Sekundärwert (SW) einer sekundären Stellgröße abhängig von einem unteren und/oder oberen Schwellenwert des Gesamtwertes (THD_UP, THD_LOW).
Reglervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stellgrößenaufteilungseinheit (49) ausgebildet ist zum Begrenzen des Wertebereichs des Primärwertes (PW) bezüglich seiner unteren Wertebereichsgrenze auf den unteren Schwellenwert (THD_LOW) und/oder bezüglich seiner oberen Wertebereichsgrenze auf den oberen Schwellenwert (THD_UP).
Reglervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Stellgrößenaufteilungseinheit (49) ausgebildet ist zum Erhöhen des Sekundärwertes (SW) über das für das Umsetzen der Differenz des Gesamtwertes (GW) und des Primärwertes (PW) notwendige Maß hinaus, wenn der Reglerwert (FBW) den oberen Schwellenwert (THD_UP) überschreitet, und Beibehalten der Erhöhung bis der Reglerwert (FBW) einen Hysterese-Schwellenwert (THD_HYS) in Bezug auf den oberen Schwellenwert (THD_UP) unterschreitet.
Reglervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Stellgrößenaufteilungseinheit (49) ausgebildet ist zum zunehmenden Erhöhen des Sekundärwertes (SW) über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes (FBW) und des Primärwertes (PW) notwendige Maß hinaus bis der Reglerwert (FBW) einen Regelreserve-Schwellenwert (THD_FBR) in Bezug auf den oberen Schwellenwert (THD_UP) unterschreitet.
Reglervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Stellgrößenaufteilungseinheit (49) ausgebildet ist zum Verringern des Sekundärwertes (SW) über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes (FBW) und des Primärwertes (PW) notwendige Maß hinaus, wenn der Reglerwert (FBW) den unteren Schwellenwert (THD_LOW) unterschreitet, und Beibehalten der Verringerung bis der Reglerwert (FBW) einen Hysterese-Schwellenwert (THD_HYS) in Bezug auf den unteren Schwellenwert (THD_LOW) überschreitet.
Reglervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Stellgrößenaufteilungseinheit (49) ausgebildet ist zum zunehmenden Verringern des Sekundärwertes (SW) über das für das Umsetzen der Differenz des Reglerwertes (FBW) und des Primärwertes (PW) notwendige Maß hinaus bis der Reglerwert (FBW) einen Regelreserve-Schwellenwert (THD_FBR) in Bezug auf den unteren Schwellenwert (THD_LOW) überschreitet.
Reglervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Regler (47) ein zylinderindividueller Lambdaregler ist.
Reglervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Regler (47) ein Laufunruhe-Regler ist.
Reglervorrichtung, nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ausgebildet ist zum Ermitteln des Gesamtwertes (GW) abhängig von einem Vorsteuerwert (PCW) der primären Stellgröße, der abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Reglervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die sekundäre Stellgröße repräsentativ ist für eine Einspritzdauer des Injektors (18).