DE10043689A1 - Verfahren zur Verlustmomentenadaption bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Verlustmomentenadaption bei einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Verfahren zur Verlustmomentenadaption bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine in wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsart betrieben wird, wobei in der ersten Betriebsart ein Moment der Brennkraftmaschine im Wesentlichen von einer einem Brennraum zugeführten Luftmenge abhängt, wobei in der zweiten Betriebsart der Moment der Brennkraftmaschine im Wesentlichen von der in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge abhängt, wobei die Verlustmomentenadaption betriebsartenabhängig angepaßt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Verlustmomentenadaption bei einer Brennkraftmaschine, wobei
die Brennkraftmaschine in wenigstens einer ersten und einer
zweiten Betriebsart betrieben wird, wobei in der ersten
Betriebsart ein Moment der Brennkraftmaschine im
Wesentlichen von einer einem Brennraum zugeführten Luftmenge
abhängt und wobei in der zweiten Betriebsart das Moment der
Brennkraftmaschine im Wesentlichen von der in den Brennraum
eingebrachten Kraftstoffmenge abhängt.
Unter Verlustmoment versteht man die Summe aus dem
Eigenbedarf des Motors und dem Bedarf der Nebenaggregate, da
diese Summe auf Kosten des Vortriebs geht. Die
Verlustmomente werden so genau wie möglich in einem
Rechenmodell bestimmt und bei der Berechnung des
Motorsollmoments berücksichtigt. Dabei ist es praktisch
nicht möglich, die Verlustmomente genau zu bestimmen. Die
Probleme entstehen u. a. durch:
- - Mangel an Informationen (Sensoren) über Momentenverbraucher,
- - Messungenauigkeit,
- - Modellierungsfehler,
- - Fertigungstoleranzen und
- - Alterung.
Der Leerlaufregler besteht u. a. aus einem Integrator. Wenn
sich der Motor im stationären Leerlaufbetrieb befindet und
außerdem keine kraftschlüssige Verbindung zu den Rädern
besteht, so gleicht sein Integralanteil die Differenz
zwischen dem vorgesteuerten Verlustmoment und dem
tatsächlich vorhandenen Moment aus.
Die Verlustmomentenadaption korrigiert das Rechenmodell der
Verlustmomente um den langzeitlichen Mittelwert des
Integralanteils. Dadurch können Fehler im Rechenmodell
kompensiert werden und der Leerlaufregler wird entlastet.
Bei Motoren mit unterschiedlichen Betriebsarten,
insbesondere bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung wirken
sich Luft- und Kraftstoffleckagen in den einzelnen
Betriebsarten unterschiedlich aus: im Homogenbetrieb
beeinflußt einer Luftleckage das Drehmoment; eine Leckage
des Kraftstoffs wird jedoch von der Lambdaregelung
kompensiert. Umgekehrt wirkt in einer Magerbetriebsart eine
Leckage des Kraftstoffs auf das Drehmoment, da hier die
Lambdaregelung nicht aktiv ist. Die Luftleckage beeinflusst
das Drehmoment in einer Magerbetriebsart jedoch nicht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Verlustmomentenadaption an einen Motor mit unterschiedlichen
Betriebsarten, inbesondere eine Brennkraftmaschine mit
Benzindirekteinspritzung, anzupassen.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der
nebengeordneten Ansprüche.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuergerätes
für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs. Hierbei sind Mittel zur Durchführung der
Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens vorgesehen.
Von besonderer Bedeutung sind weiterhin die Realisierungen
in Form eines Computerprogramms mit Programmcode-Mitteln und
in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcode-
Mitteln. Das erfindungsgemäße Computerprogramm weist
Programmcode-Mittel auf, um alle Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das
Programm auf einem Computer, insbesondere einem Steuergerät
für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, ausgeführt
wird. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein in
dem Steuergerät abgespeichertes Programm realisiert, so dass
dieses mit dem Programm versehene Steuergerät in gleicher
Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen
Ausführung das Programm geeignet ist. Das erfindungsgemäße
Computerprogrammprodukt weist Programmcode-Mittel auf, die
auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um
das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das
Programmprodukt auf einem Computer, insbesondere einem
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
ausgeführt wird. In diesem Fall wird also die Erfindung
durch einen Datenträger realisiert, so dass das
erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, wenn das
Programmprodukt bzw. der Datenträger in ein Steuergerät für
eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
integriert wird. Als Datenträger bzw. als
Computerprogrammprodukt kann insbesondere ein elektrisches
Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein
Read-Only-Memory (ROM), ein EPROM oder auch ein elektrischer
Permanentspeicher wie beispielsweise eine CD-ROM oder DVD.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den
nachfolgenden Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen
oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer
Formulierung bzw. ihrer Darstellung in der Zeichnung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren
beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät,
in das das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist,
Fig. 2 zeigt einen Aufbau für den Fall, dass sich der Motor
im Leerlauf ohne Kraftschluß zu den Rädern befindet und
Fig. 3 zeigt den typischen Aufbau eines Adaptionsoperators.
Die Drehmomentenänderung durch Luft- oder Kraftstoffleckagen
wird durch die Verlustmomentenadaption ausgeglichen. Wegen
der unterschiedlichen Auswirkungen in den einzelnen
Betriebsarten wird bei der Verlustmomentenadaption nach
Betriebsarten unterschieden.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt,
bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und
herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4
versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein
Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Des Weiteren sind mit dem
Brennraum 4 ein mit einem Signal TI ansteuerbares
Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuerbare
Zündkerze 9 verbunden. Die Signale TI und ZW werden hierbei
von einem Steuergerät 16 an das Einspritzventil 8 bzw. die
Zündkerze 9 übertragen.
Das Ansaugrohr 6 ist mit einem Luftmassensensor 10 und das
Abgasrohr 7 mit einem Lambdasensor 11 versehen. Der
Luftmassensensor 10 misst die Luftmasse der dem Ansaugrohr 6
zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein
Signal LM. Der Lambdasensor 11 misst den Sauerstoffgehalt
des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit,
davon ein Signal Lambda. Die Signale des Luftmassensensors
10 und des Lambdasensors 11 werden dem Steuergerät 16
zugeführt.
In dem Ansaugrohr 6 ist eine Drosselklappe 12 untergebracht,
deren Drehstellung mittels eines Signals DK einstellbar ist.
Weiterhin kann das Abgasrohr 7 über eine hier nicht
dargestellte Abgasrückführungsleitung mit dem Ansaugrohr 6
verbunden sein. Die Steuerung der Abgasrückführung kann
beispielsweise über ein vom Steuergerät 16 ansteuerbares,
hier ebenfalls nicht dargestelltes, Abgasrückführventil
erfolgen.
In einer ersten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der
Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 in
Abhängigkeit von der erwünschten, zugeführten Luftmasse
teilweise geöffnet bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von
dem Einspritzventil 8 während einer durch den Kolben 2
hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum 4 eingespritzt.
Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der
eingespritzte Kraftstoff verwirbelt und damit im Brennraum 4
im Wesentlichen gleichmäßig/homogen verteilt. Danach wird
das Kraftstoff-Luft-Gemischwährend der Verdichtungsphase
verdichtet, um dann von der Zündkerze 9 entzündet zu werden.
Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs wird der
Kolben 2 angetrieben.
In einer zweiten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der
Brennkraftmaschine 1, wird die Drosselklappe 12 weit
geöffnet. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 8
während einer durch den Kolben 2 hervorgerufenen
Verdichtungsphase in den Brennraum 4 eingespritzt. Dann wird
mit Hilfe der Zündkerze 9 der Kraftstoff entzündet, so dass
der Kolben 2 in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die
Ausdehnung des entzündeten Kraftstoffs angetrieben wird.
Im Schichtbetrieb wie auch im Homogenbetrieb wird durch den
angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine
Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des
Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Auf der Kurbelwelle 14
ist ein Zahnrad angeordnet, dessen Zähne von einem
unmittelbar gegenüber angeordneten Drehzahlsensor 15
abgetastet werden. Der Drehzahlsensor 15 erzeugt ein Signal,
aus dem die Drehzahl n der Kurbelwelle 14 ermittelt wird und
übermittelt dieses Signal n an das Steuergerät 16.
Die im Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb von dem
Einspritzventil 8 in den Brennraum eingespritzte
Kraftstoffmasse wird von dem Steuergerät 16 insbesondere im
Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder
eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder
geregelt. Auch die erfindungsgemäße Festlegung der
Zündwinkel ZW erfolgt in dem Steuergerät 16. Zu diesem Zweck
ist das Steuergerät 16 mit einem Mikroprozessor versehen,
der in einem Speichermedium Programmcode abgespeichert hat,
der dazu geeignet ist, die gesamte erfindungsgemäße
Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1
durchzuführen.
Das Steuergerät 16 ist von Eingangssignalen beaufschlagt,
die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweise ist das
Steuergerät 16 mit dem Luftmassensensor 10, dem Lambdasensor
11 und dem Drehzahlsensor 15 verbunden. Des Weiteren ist das
Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 verbunden, der
ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem
Fahrer betätigbaren Fahrpedals/Gaspedals und damit das von
dem Fahrer angeforderte Moment angibt. Dieses Moment wird im
Weiteren auch als Fahrerwunschmoment bezeichnet. Das
Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit denen über
Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 entsprechend
der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflusst
werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem
Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und der Drosselklappe 12
verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung
erforderlichen Signale TI, ZW und DK.
In das Steuergerät 16 ist weiterhin das erfindungsgemäße
Verfahren implementiert, das im Weiteren ausführlicher
dargelegt wird.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau für den Fall, dass sich der Motor
im Leerlauf ohne Kraftschluss zu den Rädern befindet. Im
Block 1 wird das Verlustmoment mdverl bestimmt. Dieses wird
dann durch Addition mit dem Betrag der Adaption dmvad
korrigiert. Anschließend wird der Integralanteil des
Leerlaufreglers dmllri addiert. Das resultierende Moment
mifa wird dann im Block 2 in die drehmomentbestimmenden
physikalischen Größen umgesetzt. Aus der Motordrehzahl nmot
wird durch Subtraktion von nsol die Regelabweichung der
Leerlaufregelung, Block 4, gebildet. Die
Betriebsarteninformation B_hom leitet dmllri an den
zuständigen Adaptionsoperator. In Bild 1 ist ein
Adaptionsoperator für die Betriebsart homogen, Block 5, und
ein Adaptionsoperator für Magerbetriebsarten, Block 6,
dargestellt. Die Betriebsarteninformation sorgt auch dafür,
dass der richtige Adaptionswert bei der
Sollmomentenbestimmung berücksichtigt wird.
Fig. 3 zeigt den typischen Aufbau eines Adaptionsoperators.
Der Integralanteil des Leerlaufreglers dmllri wird mit dem
Faktor kad gewichtet und anschließend integriert. Der Wert
des Integrators wird erst am Ende einer Adaptionsphase in
dmvad übernommen. dmvad wird dabei im Dauer-RAM des
Steuergeräts abgespeichert. Der Wert des Integrators kann
sich während einer Adaptionsphase nicht um mehr als einen
Betrag von DMADLL verändern. Dadurch wird die Adaption
robust gegen kurzfristige Änderungen.
Die Anpassung der Verlustmomentenadaption an die
Betriebsarten ermöglicht eine optimale Anpassung, weil
dadurch betriebsartenspezifische Fehler berücksichtigt
werden. Der Leerlaufregler wird zudem entlastet.
Claims (4)
1. Verfahren zur Verlustmomentenadaption bei einer
Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine in
wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsart
betrieben wird, wobei in der ersten Betriebsart ein
Moment der Brennkraftmaschine im Wesentlichen von einer
einem Brennraum zugeführten Luftmenge abhängt, wobei in
der zweiten Betriebsart das Moment der
Brennkraftmaschine im Wesentlichen von der in den
Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge abhängt, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verlustmomentenadaption
betriebsartenabhängig angepaßt wird.
2. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach
Anspruch 1 vorhanden sind.
3. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle
Schritte nach Anspruch 1 durchzuführen, wenn das
Programm auf einem Computer, insbesondere einem
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, ausgeführt
wird.
4. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf
einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, uni
das Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, wenn das
Programmprodukt auf einem Computer, insbesondere einem
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, ausgeführt
wird.
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