DE10047812B4

DE10047812B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10047812B4
Application number: DE10047812.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Jeschke; Jürgen Gloger; Hans Georg Nitzke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE10047812A1

Abstract

Verfahren zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors erfasst und davon abhängig ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erfassten Betriebsparameter auf den aktuellen Heizverlauf in dem Verbrennungsmotor geschlossen wird, daß der aktuelle Heizverlauf mit einem vorgegebenen Soll-Heizverlauf verglichen wird, und daß abhängig von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf das Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt wird, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 6 zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors.
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist die Überwachung des im Brennraum (Zylinder) eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Diesel- oder Ottomotors, auftretenden Brennraum- oder Zylinderdrucks von besonderer Bedeutung, da durch Auswertung des Brennraumdrucks der Betrieb des jeweiligen Verbrennungsmotors geregelt bzw. gesteuert werden kann. So ist beispielsweise in der DE 197 49 814 A1 ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben, wobei in jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors ein Brennraumdrucksensor eingesetzt ist, wobei der von dem jeweiligen Brennraumdrucksensor gelieferte Druckverlauf mit einem Soll-Druckverlauf verglichen wird, um davon abhängig den Betrieb des Verbrennungsmotors regeln zu können. Dabei wird in dieser Druckschrift insbesondere beschrieben, das so genannte Differenzdrucksignal zu ermitteln. Hierzu wird zunächst die Differenz zwischen dem im gefeuerten Betrieb, d. h. im Verbrennungsbetrieb, gemessenen Brennraum-Druckverlauf und dem im geschleppten Betrieb, d. h. ohne Verbrennung, auftretenden Brennraum-Druckverlauf ermittelt und diese Differenz aufintegriert. Durch Auswertung dieses Differenzdruckintegrals kann dann auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors geschlossen werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, womit hochauflösend, d. h. mit sehr hoher Genauigkeit, auf den Betrieb des Verbrennungsmotors eingewirkt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, überwacht Dabei kann es sich insbesondere um den in den einzelnen Brennräumen bzw. Zylindern des Verbrennungsmotors auftretenden Brennraumdruck handeln, der mit Hilfe geeigneter Brennraumdrucksensoren erfasst Werden kann. Abhängig von dem somit erfassten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wird anschließend auf den in dem Verbrennungsmotor bzw. dem jeweils betrachteten Zylinder des Verbrennungsmotors ablaufenden Heizverlauf geschlossen. Der somit ermittelte aktuelle Heizverlauf wird mit einem vorgegebenen Soll-Heizverlauf verglichen, wobei abhängig von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt wird, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern.
Der Soll-Heizverlauf wird vorzugsweise vor dem eigentlichen Betrieb des Verbrennungsmotors und vor Anwendung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens in Parameterform abgespeichert. Hierzu ist insbesondere die Verwendung so genannter Vibe-Funktionen bzw. Vibe-Parameter vorteilhaft, welche abhängig von dem jeweils erfassten Brennraumdruck den in dem entsprechenden Brennraum des Verbrennungsmotors ablaufenden Heizverlauf bestimmen. Durch die Verwendung von Vibe-Parametern kann ein optimaler Heizverlauf für alle Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors vordefiniert werden.
Zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors kann insbesondere der Einspritzverlauf des jeweils betrachteten Brennraums des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf verändert werden, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern, d. h. der Einspritzverlauf wird vorteilhafterweise derart beeinflusst, daß der (insbesondere aus dem Brennraumdruck abgeleitete) aktuelle Heizverlauf möglichst dem vorgegebenen optimalen Soll-Heizverlauf entspricht.
Durch den Vergleich des aktuell ablaufenden Heizverlaufs mit einem vorgegebenen optimalen Soll-Heizverlauf sowie die Anpassung der Einspritzung an die in dem jeweils betrachteten Brennraum tatsächlich ablaufende Verbrennung ist ein hochauflösender Eingriff auf die folgenden Verbrennungsvorgänge möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Figur ist ein Zylinder bzw. das entsprechende Zylindergehäuse 1 eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, dargestellt. Ein in dem Zylinder 1 befindlicher Kolben 8 wird über eine Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors angetrieben. Wird beispielsweise angenommen, daß der Verbrennungsmotor mit vier Takten arbeitet, erreichen die Kurbelwelle 2 und der Kolben 8 innerhalb eines Arbeitszyklusses genau zweimal den so genannten oberen Totpunkt OT und den unteren Totpunkt UT, was zwei vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle 2 entspricht. In der Kraftfahrzeugtechnik werden die Drehwinkel φ der Kurbelwelle in Grad Kurbelwellenwinkel (°KW) angegeben.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Zylinderkopfs oder der Zylinderkopfdichtung ein Drucksensor 3 angeordnet, mit dessen Hilfe der in dem Zylinder 1 während des Betriebs des Verbrennungsmotors auftretende Zylinderdruck erfasst werden kann. Zu diesem Zweck umfasst der Drucksensor 3 beispielsweise eine Messmembran, welche abhängig von dem in dem Zylinder 1 herrschenden Zylinderdruck unterschiedlich gedehnt bzw. verformt wird. Der Grad der Dehnung bzw. Verformung der Messmembran dient als Maß für den in dem Zylinder 1 augenblicklich herrschenden Zylinderdruck und wird von einem Motorsteuergerät 7 ausgewertet.
Der auf diese Weise in dem Zylinder 1 herrschende Zylinderdruck wird zu der augenblicklichen Stellung der Kurbelwelle 2, d. h. zu dem augenblicklichen Drehwinkel φ der Kurbelwelle, in Beziehung gesetzt. Zu diesem Zweck ist ein Kurbelwellensensor 6 vorgesehen, welcher kontinuierlich die augenblickliche Stellung der Kurbelwelle 2 erfasst und diese dem Motorsteuergerät 7 zuführt. Auf diese Weise kann das Motorsteuergerät 7 den Verlauf des Zylinderdrucks in Abhängigkeit von dem Drehwinkel φ der Kurbelwelle 2 ermitteln.
Das Motorsteuergerät 7 ist derart ausgestaltet, daß es anhand des somit erfassten Zylinderdruckverlaufs Rückschlüsse auf den in dem Zylinder 1 aktuell auftretenden Heizverlauf schließt. Zu diesem Zweck werden so genannte Vibe-Funktionen angewendet, welche eine Bestimmung des Heizverlaufs in Abhängigkeit von dem Zylinderdruck ermöglichen. Durch diese so genannten Vibe-Funktionen werden mathematisch die Vorverbrennungs- und Hauptverbrennungsphase des Zylinders 1 beschrieben, wobei durch Überlagerung der entsprechenden Vorverbrennungsfunktion und Hauptverbrennungsfunktion der Heizverlauf für alle Betriebsbereiche aus dem Zylinderdruck abgeleitet werden kann.
Dem Motorsteuergerät 7 ist ein Speicher 5 zugeordnet, in dem in Parameterform ein optimaler Soll-Heizverlauf abgelegt ist. Dieser optimale Soll-Heizverlauf wird vor dem eigentlichen Betrieb des Verbrennungsmotors anhand theoretischer Untersuchungen bzw. anhand von Messuntersuchungen modelliert, wobei optimale Parameterwerte für entsprechende Vibe-Funktionen des Soll-Heizverlaufs ermittelt werden. Diese Vibe-Parameter werden in dem Speicher 5 zur Beschreibung des Soll-Heizverlaufs gespeichert.
Das Motorsteuergerät 7 kann nunmehr während des Betriebs unter Anwendung der Vibe-Funktionen kontinuierlich den in dem Zylinder 1 auftretenden aktuellen Heizverlauf mit dem in dem Speicher 5 in Form der Vibe-Parameter gespeicherten Soll-Heizverlauf vergleichen, um davon abhängig ein entsprechendes Steuersignal zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Verbrennungsmotors zu erzeugen. Hat das Motorsteuergerät 7 eine Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem optimalen Soll-Heizverlauf festgestellt, wird es über dieses Steuersignal versuchen, derart auf den Verbrennungsmotor bzw. den jeweils betrachteten Zylinder 1 einzuwirken, daß während der nachfolgenden Verbrennungsvorgänge bzw. Verbrennungszyklen der gemessene Heizverlauf möglichst vollständig an den vorgegebenen optimalen Soll-Heizverlauf angenähert wird.
Hierzu kann insbesondere auf den Einspritzverlauf Einfluss genommen werden. In der Figur ist ein mit einer entsprechenden Kraftstoffleitung gekoppeltes Einspritzventil 4 dargestellt, über welches in den Zylinder 1 ein bestimmter Kraftstoff eingespritzt wird. Abhängig von der Stellung des Kolbens 8 erfolgt eine entsprechende Kompression des Kraftstoffgemisches, um den Zündvorgang zu unterstützen. Durch die Ansteuerung dieses Einspritzventils 4 bzw. der Fördermenge und/oder des Förderzeitpunkts des Kraftstoffgemisches kann in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem aktuell gemessenen Heizverlauf und dem optimalen Soll-Heizverlauf derart auf den Einspritzverlauf eingewirkt werden, daß die Einspritzung an den in dem Zylinder 1 real auftretenden Heizverlauf angepasst und somit der male Heizverlauf an den vordefinierten optimalen Soll-Heizverlauf angeglichen wird.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Kurbelwelle
3: Zylinderdrucksensor
4: Einspritzventil
5: Speicher
6: Kurbelwellensensor
7: Motorsteuergerät
8: Kolben
OT: oberer Totpunkt
UT: unterer Totpunkt
φ: Kurbelwellenwinkel

Claims

Verfahren zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors erfasst und davon abhängig ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erfassten Betriebsparameter auf den aktuellen Heizverlauf in dem Verbrennungsmotor geschlossen wird, daß der aktuelle Heizverlauf mit einem vorgegebenen Soll-Heizverlauf verglichen wird, und daß abhängig von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf das Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugt wird, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsparameter der in einem Brennraum (1) des Verbrennungsmotors auftretende Brennraumdruck erfasst und davon abhängig auf den aktuellen Heizverlauf in dem Brennraum (1) des Verbrennungsmotors geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Heizverlauf in Parameterform abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Heizverlauf in Form von Vibe-Parametern abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf erzeugten Steuersignals der Einspritzverlauf für die Einspritzung eines Kraftstoffs in einen Brennraum (1) des Verbrennungsmotors verändert wird, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern.
Vorrichtung zum Regeln des Betriebs eines Verbrennungsmotors, mit Sensormitteln (3) zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors, und mit Steuermitteln (7) zum Erzeugen eines Steuersignals zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von dem von den Sensormitteln (3) erfassten Betriebsparameter, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (7) derart ausgestaltet sind, daß sie aus dem von den Sensormitteln (3) erfassten Betriebsparameter auf den aktuellen Heizverlauf in dem Verbrennungsmotor schließen, diesen aktuellen Heizverlauf mit einem vorgegebenen Soll-Heizverlauf vergleichen und abhängig von der Abweichung zwischen dem aktuellen Heizverlauf und dem vorgegebenen Soll-Heizverlauf das Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors erzeugen, um den aktuellen Heizverlauf an den Soll-Heizverlauf anzunähern.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormittel (3) zur Erfassung des in einem Brennraum (1) des Verbrennungsmotors auftretenden Brennraumdrucks ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuermitteln (7) Speichermittel (5) zum Speichern des Soll-Heizverlaufs in Parameterform zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (6) den Soll-Heizverlauf in Form von Vibe-Parametern speichern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoffzufuhr-Einstellmittel (4) zum Einstellen der Zufuhr eines Kraftstoffs in einen Brennraum (1) des Verbrennungsmotors vorgesehen sind, und daß das von den Steuermitteln (7) zur Annäherung des aktuellen Heizverlaufs an den Soll-Heizverlauf erzeugte Steuersignal den Kraftstoffzufuhr-Einstellmitteln (4) zur entsprechenden Einstellung der Fördermenge und/oder des Förderzeitpunkts des Kraftstoffs zugeführt ist.