DE102004001118A1

DE102004001118A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004001118A1
Application number: DE102004001118A
Authority: DE
Inventors: Jens Damitz; Ruediger Fehrmann; Matthias Schueler; Michael Kessler; Mohamed Youssef; Tobias Kress
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: DE102004001118B4; FR2864840A1; US6964257B2; FR2864840B1; US20050145214A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Eine erste Größe wird ausgehend von einem Signal eines Brennraumdrucksensors oder eines Körperschallsensors vorgegeben. Die erste Größe charakterisiert den Verbrennungsablauf im Brennraum wenigstens eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Aus wenigstens einem Kennfeld wird eine zweite Größe ausgelesen, ausgehend von der eine Stellgröße zur Beeinflussung des Verbrennungsablaufs vorgebbar ist. Das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene zweite Größe wird abhängig von wenigstens einem Merkmal, das ausgehend von der ersten Größe ermittelt wird, adaptiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüchen.

Aus der DE 101 59 017 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem wenigstens ein Sensor zur Erfassung einer ersten Größe, die den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders charakterisiert, vorgesehen ist. Ausgehend von dieser ersten Größe wird eine zweite Größe ermittelt, die den Verbrennungsablauf in dem entsprechenden Brennraum charakterisiert. Dabei wird im Wesentlichen die Änderung der ersten Größe und/oder eine Größe, die den Verlauf der Verbrennung charakterisiert, ermittelt.

Bei Dieselmotoren wird die Einspritzung in einem Brennraum in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt. Dadurch ergibt sich ein höherer Freiheitsgrad in der Optimierung der Zielgrößen Verbrauch, Emission und Komfort. Ferner sind zur Realisierung von Abgasnachbehandlungssystemen wie Partikelfiltern und NOx-Speicherkatalysatoren weitere Teileinspritzungen nach der Haupteinspritzung erforderlich. Um eine genaue Kraftstoffzumessung, insbesondere auch bei den Teileinspritzungen, erzielen zu können, sind besondere Maßnahmen erforderlich.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann eine deutlich verbesserte Kraftstoffzumessung erzielt werden. Insbesondere bei Teileinspritzungen, bei denen die eingespritzten Kraftstoffmengen im Bereich der Toleranz des Einspritzsystems liegt, kann eine deutliche Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird eine erste Größe ausgehend von einem Signal eines Brennraumdrucksensors oder eines Körperschallsensors vorgegeben. Diese erste Größe charakterisiert den Verbrennungsablauf im Brennraum wenigstens eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Aus wenigstens einem Kennfeld wird eine zweite Größe ausgelesen, ausgehend von der eine Stellgröße zur Beeinflussung des Verbrennungsablaufs vorgebbar ist. Das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene zweite Größe werden abhängig von wenigstens einem Merkmal, das ausgehend von der ersten Größe ermittelt werden, adaptiert. Als Merkmale werden bevorzugt Größen verwendet, die die pro Teileinspritzung zugemessene Kraftstoffmenge, den Brennbeginn der einzelnen Teileinspritzungen und/oder den Verbrennungsschwerpunkt charakterisieren. Dabei können einzelne dieser Größen oder mehrere dieser Größen verwendet werden. Neben diesen Größen können auch andere Merkmale, die den Verbrennungsvorgang charakterisieren und aus dem Brennraumdrucksignal oder dem Körperschallsignal ableitbar sind, verwendet werden. Als besonders einfach zu berechnende und aussagekräftige erste Größe hat sich der Summenheizverlauf und/oder der Summenbrennverlauf bzw. der Heizverlauf und/oder der Brennverlauf herausgestellt.

Bei dem Kennfeld handelt es sich vorzugsweise um ein Kennfeld zur Vorgabe eines Sollwerts einer Regelung und/oder um eine Vorsteuerkennfeld für die entsprechende Regelung. Dies bedeutet in dem Kennfeld ist ein Sollwert für die Stellgröße und/oder ein Vorsteuerwert für die Stellgröße abgelegt. Als Stellgröße können zylinderindividuelle Größen, wie beispielsweise der Einspritzbeginn und/oder die Einspritzdauer verschiedener Teileinspritzungen vorgegeben werden. Alternativ oder ergänzend können als Stellgrößen auch Motorglobale Größen verwendet werden.

Bei einer ersten Ausführungsform erfolgt die Adaption ausgehend von der Abweichung des Merkmals von einem Sollwert. Dabei kann die Regelabweichung und/oder die Stellgröße des Reglers zur Bildung des Adaptionswerts verwendet werden.

Bei einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Adaption ausgehend von einem Merkmal. Dabei wird vorzugsweise neben dem geregelten Merkmal ein weiteres Merkmal verwendet.

Bei der ersten Ausführungsform greift die Adaption vorzugsweise auf die Stellgröße und/oder eine Vorsteuerung ein. Bei der zweiten Ausführungsform greift die Adaption vorzugsweise auf den Sollwert ein. Es ist aber auch möglich, dass die zweite Ausführungsform auf die Stellgröße und/oder die Vorsteuerung und die erste Ausführungsform auf den Sollwert eingreift.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene Größe abhängig von dem Merkmal und/oder abhängig von dem Vergleich des Merkmals mit einem Sollwert adaptiert wird.

Bevorzugt greift die Stellgröße auf die Einspritzmenge oder die Einspritzdauer und/oder den Einspritzbeginn einer oder mehrerer Voreinspritzungen, einer oder mehrerer Haupteinspritzungen und/oder einer oder mehrerer Nacheinspritzungen ein. Das heißt die Stellgröße beeinflußt den Beginn und/oder die Dauer wenigstens einer der Teileinspritzungen. Wobei als Teileinspritzungen eine oder mehrere Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und/oder Nacheinspritzungen angesehen werden.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale und
3, 4 und 5 eine entsprechende Reglerstruktur.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Eine Brennkraftmaschine ist mit 100 bezeichnet. An der Brennkraftmaschine ist zum einen wenigstens ein Drucksensor 120 und ein Winkelsensor 122 angeordnet. Der Drucksensor 120 liefert ein Signal P, das den Druck in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine charakterisiert. Bei einer ersten Ausgestaltung ist lediglich ein Drucksensor vorgesehen, der an einem repräsentierenden Zylinder angeordnet ist und den Druck in diesem Zylinder charakterisiert. Bei einer zweiten Ausgestaltung ist bei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein Drucksensor angeordnet, der jeweils ein den Druck im Brennraum des jeweiligen Zylinders charakterisierendes Signal abgibt.
Der Winkelsensor 122 ist vorzugsweise an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet und liefert ein hochauflösendes Winkelsignal W bezüglich der Winkelstellung der Kurbelwelle. Alternativ kann der Winkelsensor auch an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
Des weiteren sind an der Brennkraftmaschine ein erster Steller 130 und ein zweiter Steller 135 angeordnet. Die Steller und die Sensoren stehen mit einer Steuereinheit 110 in Verbindung.
Das Signal P des Drucksensors 120 und das Signal W des Winkelsensors 122 gelangen zu einer Auswerteeinheit 140, die vorzugsweise eine Teileinheit der Steuereinheit 110 bildet. Die Auswerteeinheit 140 liefert ein Signal QI an eine Funktionseinheit 150. Die Funktionseinheit wiederum beaufschlagt den ersten Steller 130 mit einer ersten Stellgröße Ai und den zweiten Steller 135 mit einer zweiten Stellgröße B. Bei der ersten Stellgröße Ai handelt es sich vorzugsweise um eine zylinderindividuelle Stellgröße, die für jeden Zylinder individuell vorgebbar ist. Bei der zweiten Stellgröße B handelt es sich um eine motorglobale Stellgröße zur Ansteuerung des Stellers 135, der eine globale Größe steuert.
Bei den ersten Stellgrößen Ai handelt es sich vorzugsweise um die Ansteuerdauern und/oder die Ansteuerbeginne einer Einspritzung. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Einspritzvorgang des Arbeitszyklusses in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt ist. Dabei handelt es sich bei der Stellgröße Ai um die Ansteuerdauer und/oder den Ansteuerbeginn wenigstens einer der Teileinspritzungen. Als Teileinspritzungen sind üblicherweise wenigstens eine Haupteinspritzung, wenigstens eine Voreinspritzung und wenigstens eine Nacheinspritzung vorgesehen. Insbesondere bei der Haupteinspritzung und der Voreinspritzung ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise vorteilhaft. Zusätzlich oder alternativ zu der Ansteuerdauer und/oder dem Ansteuerbeginn kann auch der Einspritzratenverlauf der Teileinspritzungen vorgegeben werden. Hierbei handelt es sich um den Verlauf der Einspritzmenge über Zeit bzw. Winkeleinheit.
Als motorglobale Stellgrößen werden insbesondere der Ladedruck und/oder die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge beeinflussende Stellgrößen wie bspw. die Abgasrückführrate und/oder der Einspritz- und/oder der Raildruck verwendet.
Des weiteren werden der Funktionseinheit 150 die Ausgangssignale einer weiteren Funktionseinheit 170 zugeführt, die ebenso wie die Funktionseinheit 150 die Ausgangssignale weiterer Sensoren 160 verarbeitet, die auch im Bereich der Brennkraftmaschine angeordnet sein können. Bei der weiteren Funktionseinheit 170 kann es sich bspw. um eine Steuereinheit zur Steuerung der Abgasrückführung oder einer der oben genannten globalen Stellgrößen handeln.
Vorzugsweise werden die Zylinderdruckverläufe aller Zylinder Pi einzeln durch Brennraumdrucksensoren erfasst. Eine Alternative besteht darin, dass nur ein als repräsentativ behandelter Zylinder mit einer Druckerfassung versehen ist. In beiden Fällen wird ein hochaufgelöstes Winkelsignal W als Bezugsgröße verwendet, um zum einen die Winkellage, zum anderen den Gradienten berechnen zu können. Zur Berechnung eines Gradienten allein kann alternativ auch die Zeit benutzt werden.
Die Sensorsignale Druck P und der Winkel W werden der Auswerteeinheit 140, die typischerweise ein Bestandteil der Motorsteuerung ist, zugeführt. Ihre Aufgabe ist die Bildung von Merkmalsgrößen QI, die im folgenden auch als Merkmale bezeichnet und vorzugsweise als Istgröße einer Regelung zugeführt werden und/oder die durch Vergleich mit einem und/oder mehreren Schwellenwerten auf zulässige Werte begrenzt werden.
Der Heizverlauf DQ bezeichnet die durch die Verbrennung an das Arbeitsgäs übergehende Wärme pro Kurbelwinkel. Die Einheit des Heizverlaufes ist üblicherweise [J/°KW] oder entsprechende Umrechnungen. Der Brennverlauf stellt eine analoge Größe dar. Im Unterschied zum Heizverlauf beinhaltet der Brennverlauf jedoch die gesamte, während der Verbrennung freigesetzte Wärme. Damit ist der Brennverlauf im wesentlichen um die über die Brennraumwände abfließende Wärme pro Winkeleinheit größer als der Heizverlauf.
Unter Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik werden der Heizverlauf und/oder der Brennverlauf bei Kenntnis kalorischer Daten von Brenngas und Kraftstoff sowie Daten der Motorgeometrie unter Zuhilfenahme bestimmter Modellannahmen aus dem Zylinderdruckverlauf berechnet.
Entsprechend den oben genannten Definitionen zum Heizverlauf, stellt der Summenheizverlauf Q das Integral des Heizverlaufes DQ über dem Kurbelwinkel dar. Der Summenbrennverlauf entspricht dem Integral des Brennverlaufes über dem Kurbelwinkel.
In 2a ist der Druckverlauf P während der Verbrennung für einen Betriebspunkt mit 2 Vor-, einer Haupt- und einer Nacheinspritzung mit einer durchgezogenen Linie und der Kompressionsdruck mit einer gestrichelten Linie über der Zeit bzw. über der Kurbelwellenstellung der Brennkraftmaschine aufgetragen. In 2b ist der Heizverlauf DQ ebenfalls über der Zeit bzw. über der Kurbelwellenstellung der Brennkraftmaschine aufgetragen. In 2c ist der Summenheizverlauf Q über die entsprechenden Größen aufgetragen. Bei dem Summenheizverlauf Q handelt es sich um das integrierte Signal des Heizverlaufes DQ. Bei dem Heizverlauf handelt es sich um die pro Zeiteinheit bzw. Einheit der Kurbelwellenumdrehung an das Arbeitsgas übergehende Wärme. In allen drei Signalen sind jeweils die Teileinspritzungen erkennbar. Jede der Teilverbrennungen führt zu einem kurzzeitigen Anstieg des Drucksignals P gegenüber dem nicht dargestellten Kompressionsdruckverlauf. Für den Heizverlauf ergibt sich bei jeder Verbrennung ein kurzzeitiger Anstieg und Abfall der anstehenden Wärme. Bei dem Summenheizverlauf Q steigt bei jeder Verbrennung das Signal um einen bestimmten Wert an. In 2 ist beispielhaft eine Verbrennung mit einer Haupteinspritzung, zwei Voreinspritzungen und einer Nacheinspritzung dargestellt. Eine solche Aufteilung in die dargestellte Anzahl der Teileinspritzungen ist lediglich beispielhaft. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch bei anderen Aufteilungen in unterschiedliche Einspritzungen eingesetzt werden.
2 zeigt, dass die einzelnen Verbrennungen der einzelnen Teileinspritzmengen im Heizverlauf bzw. im Summenheizverlauf erkennbar sind.
Durch die Aufteilung der Einspritzmenge in eine Vielzahl von Teileinspritzungen nehmen bei unveränderter Anforderung an die Gesamtmengengenauigkeit, die Toleranzanforderungen der Teilmengen zu. Zu diesem Trend tragen auch die immer geringer werdenden Grenzwerte für Schadstoffemissionen von Fahrzeugen bei. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann eine verbesserte Brennverlaufsregelung bei einer Brennkraftmaschine ermöglicht werden. Bei der Verbrennung wird insbesondere eine einfache Regelung der Voreinspritzmenge auf über der Lebensdauer konstante Sollwerte ermöglicht, wodurch eine heute übliche Optimierungsreserve in der Kompromissauslegung zwischen Geräusch und Emissionen erschlossen werden kann.
Erfindungsgemäß werden aus dem Summenheizverlauf als Merkmale die freigesetzten Teilwärmemengen Q1 bis Q4 bestimmt, indem der Gesamtumsatz QG auf die Teilverbrennungen durch Differenzbildung aufgeteilt wird. Für die Aufteilung werden vorzugsweise die Sattelpunkte oder die relativen Maxima im Summenheizverlauf die sich nach Abschluss der jeweiligen Teilverbrennung ausbilden, als Kriterium verwendet. Alternativ können auch die relativen Minima im Heizverlauf zur Trennung der Teilverbrennungen herangezogen werden. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzdauern als Kriterium für die Erkennung der Teilverbrennungen genutzt werden. Diese Daten zur Einspritzung können mit Hilfe von Schätzwerten für den erwarteten Zündverzug den Winkelbereich eingrenzen, in dem die Teilverbrennung auftreten kann. Damit verbessern sie die Erkennbarkeit von Teilverbrennungen.
D.h., es wird erfindungsgemäß durch Bildung einer Differenz zwischen zwei Werten des Summenheizverlaufs, bei zwei Zeitpunkten bzw. zwei Winkelstellungen die Wärmemenge ermittelt, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls bzw. Winkelintervalls freigesetzt wird. Wobei dieses Winkelintervall einer bestimmten Teileinspritzung zugeordnet wird. Die Grenzen dieser Intervalle werden dabei durch Sattelpunkte oder die relativen Maxima im Summenheizverlauf festgelegt. Alternativ werden die Grenzen der Intervalle durch die relativen Minima im Heizverlauf definiert. Ferner können die Grenzen der Intervalle ausgehend von den Einspritzzeitpunkten und den Einspritzdauern berechnet werden. Anstelle der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzdauern können auch diese Größen repräsentierende Größen verwendet werden.
In einem ersten Schritt werden die Zeitpunkte T1, T2, T3 und/oder T4 bzw. die Winkelstellungen ermittelt, bei der die einzelnen Teilverbrennungen abgeschlossen sind. Diese Zeitpunkte werden ebenfalls als Merkmalsgrößen betrachtet und von der Auswerteeinheit 140 ausgehend von dem Brennraumdrucksignal und/oder weiteren Größen ermittelt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Zeitpunkte bzw.
Winkelstellungen ermittelt werden, bei denen die zeitliche Ableitung des Summenheizverlaufs, also der Heizverlauf den Wert Null annimmt und das Vorzeichen vom Bereich davor und danach wechselt (Maximum des Summenheizverlaufes) bzw. den Wert Null annimmt und das positive Vorzeichen beibehält (Sattelpunkt des Summenheizverlaufes). In einem zweiten Schritt werden die Differenzen Q1, Q2, Q3 und/oder Q4 der Werte des Summenheizverlaufs zu diesen Zeitpunkten, bzw. Winkelstellungen gebildet.
Diese so ermittelten Differenzen entsprechen den Teilwärmemengen Q1, Q2, Q3 und/oder Q4 der jeweiligen Teilverbrennung bzw. der entsprechenden Teileinspritzung. Diese so ermittelten Teilwärmemengen Q1 bis Q4 charakterisieren eine Einspritzmasse bzw. eine Einspritzmenge der jeweiligen Teileinspritzungen und werden erfindungsgemäß mit der jeweiligen Sollwärmemenge verglichen. Diese Abweichung zwischen Soll- und Ist-Teilwärmemengen wird einem Regler zugeführt, der dann die zugeordnete Teileinspritzmenge entsprechend korrigiert.
Die Auswertung des Summenheizverlaufs ist besonders geeignet, da jedem Anstieg im Summenheizverlauf einer Teilverbrennung zugeordnet werden kann.
In einer Ausgestaltung können alternativ zur Wärmemenge auch die aus der Wärmemenge zurückgerechneten Einspritzmassen geregelt werden. Die entsprechenden Umrechnungsfaktoren sind abhängig von Betriebsparametern, wie insbesondere Last- und Drehzahlen, in Kennfeldern hinterlegt.
Abhängig von der Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass lediglich eine der Teileinspritzungen, wie beispielsweise die Voreinspritzung, entsprechend geregelt wird. Alternativ können auch mehrere oder alle Teileinspritzungen entsprechend geregelt werden.
Teileinspritzungen, die nicht verbrennen, wie beispielsweise eine späte Nacheinspritzung, die der Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems dient, und die zu keiner Wärmefreisetzung führen bzw. Teileinspritzungen, die aufgrund eines verlängerten Zündverzuges erst zu einem späteren Zeitpunkt und nicht getrennt von anderen Teileinspritzmengen verbrennen, wie beispielsweise bei einer homogenen Verbrennung, können mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ebenfalls präzise gesteuert bzw. geregelt werden. Solche Einspritzungen haben keine Wärmefreisetzung zur Folge, sondern führen auf Grund ihrer Verdampfungswärme zu einem Wärmeverbrauch. Dies führt im Gegensatz zu einer Wärmefreisetzung nicht zu einem Druckanstieg, sondern zu einem geringen Druckabfall bzw. zu einem verminderten Anstieg. Dies bedeutet, im Summenheizverlauf ergibt sich im Gegensatz zu 2 kein Anstieg, sondern ein stufenförmiger Abfall des Summenheizverlaufs. Durch entsprechende Auswertung können die entsprechenden Teilwärmemengen, die den Verdampfungswärmen entsprechen, berechnet und ausgehend von diesen Wärmemengen die entsprechenden Kraftstoffmengen bestimmt werden.
In 3 ist eine entsprechende Reglerstruktur dargestellt. Der entsprechende Regler ist in 3 mit 300 bezeichnet. Dieser gibt das Ansteuersignal Ai an den Steller 130. Dem Regler wird das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310 zugeführt. Dem Verknüpfungspunkt 310 wird das Ausgangssignal QI der Auswerteeinheit 140 mit negativem Vorzeichen und das Ausgangssignal QS des Verknüpfungspunktes 320 mit positivem Vorzeichen zugeführt. Dem Verknüpfungspunkt 320 wird das Ausgangssignal eines ersten Kennfeldes 330 und eines zweiten Kennfeldes 340 zugeleitet. Den Kennfeldern 340 und 330 werden die Ausgangssignale verschiedener Sensoren 350, 355 zugeleitet, die Signale bereitstellen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren. Vorzugsweise werden Signale bezüglich der Last der Brennkraftmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine verarbeitet.
Im Folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel einer Voreinspritzung beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht auf die Verwendung bei der Voreinspritzung beschränkt. Sie kann bei allen Teileinspritzungen verwendet werden. In dem ersten Kennfeld 330 ist abhängig von verschiedenen Betriebszuständen, wie beispielsweise Last und Drehzahl ein Sollwert für die Einspritzmenge ME der Voreinspritzung abgelegt. In dem zweiten Kennfeld 340 ist der Umrechnungsfaktor OF abgelegt, mit dem die Einspritzmenge in eine Wärmemenge umgerechnet werden kann. Durch Verknüpfen der Sollwerteinspritzmenge ME und des Umrechnungsfaktors 320, die vorzugsweise additiv und/oder multiplikativ erfolgt, ergibt sich der Sollwert für die Wärmemenge QS, der durch die Voreinspritzung vom Brennraum an das Arbeitsgas abgegeben wird. Die Auswerteeinheit 140 berechnet ausgehend von dem Drucksignal, das von dem Drucksensor 120 bereit gestellt wird, die entsprechende Istwärmemenge QI. Die Sollwärmemenge QS und QI werden im Verknüpfungspunkt 310 miteinander verglichen. Der Abweichungswert wird dann dem Regler 300 zugeleitet. Ausgehend von der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert berechnet der Regler eine entsprechende Stellgröße Ai zur Beaufschlagung des Stellers 130. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Menge der Voreinspritzung oder die Ansteuerdauer und/oder der Beginn der Voreinspritzung entsprechend angepasst wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird ausgehend von der Einspritzmenge die Wärmemenge ermittelt und diese mit dem Istwert verglichen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein geeigneter Umrechnungsfaktor ermittelt, in einem Kennfeld abgelegt und dieser mit der Istwärmemenge verknüpft wird. Durch Verknüpfen der Istwärmemenge QI mit einem geeigneten Umrechnungsfaktor ergibt sich dann der Sollwert für die Einspritzmenge. Dieser Istwert für die Einspritzmenge wird dann mit dem Ausgangssignal des ersten Kennfeldes 330, der als Sollwert dient, verglichen und einem entsprechenden Regler zugeführt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass alternativ oder ergänzend zur Regelung eine Adaption vorgesehen wird. Hierbei wird die Sollwärmemenge abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben und im laufenden Betrieb adaptiert. Die Adaption erfolgt durch Vorgabe und Vergleich verschiedener Merkmale, die ausgehend vom Zylinderdruckverlauf ermittelt werden. Ein solches weiteres Merkmal kann beispielsweise der maximale Druckgradient in einem Winkelbereich oder ein Maximum des Heizverlaufs sein.
Die Messung des Zylinderdrucks ermöglicht es, Informationen direkt über die Verbrennung zu gewinnen. Gegenüber der Messung des Körperschalls hat die Zylinderdruckmessung den Vorteil, dass mehr Informationen über den Motorzustand gewonnen werden können. Dies beruht darauf, dass beim Zylinderdrucksensor die tatsächlichen Druckverläufe aufgezeichnet werden, während beim Körperschall lediglich mechanische Schwingungen erfasst werden. Die Messung und Auswertung des Zylinderdrucks ist vom Neuzustand der Brennkraftmaschine über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeuges einsetzbar.
Eine entsprechende Verbrennungsregelung, basierend auf dem Zylinderdruck, ermöglicht die Verbesserung von Emissionswerten bezüglich Partikel, NOx und/oder Geräusch durch innermotorische Maßnahmen bei direkteinspritzenden Motoren. Weiterhin können Toleranzen, insbesondere verursacht durch die Fertigung, kompensiert werden. Für künftige homogene oder teilhomogene selbstzündende Brennverfahren ergeben sich durch die Verbrennungsregelung deutliche Verbrauchs- und Emissionsvorteile.
Durch die Verwendung von selbstlernenden Kennfeldern kann die Anzahl der notwendigen Kennfelder, also auch der Zeitaufwand bei der Applikation, deutlich reduziert werden.
Im Unterschied zu üblichen Regelkonzepten bei Verbrennungsmotoren werden bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht Sollwerte für motorische Ereignisse, wie Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge oder Einspritzdruck, vorgegeben, sondern es werden direkt ein oder mehrere den Verbrennungsablauf charakterisierende Merkmale als Sollzustand definiert. Die die Verbrennung charakterisierende Merkmale werden ausgehend von dem Zylinderdruckverlauf und damit von der Energiefreisetzungsrate berechnet. Die Einstellung der Parameter der Brennkraftmaschine erfolgt zylinderindividuell über einen Regler. Die Ausgabewerte des Reglers werden während des Betriebs ebenfalls zylinderindividuell adaptiert. Damit ist eine schnelle Steuerung der Betriebsabläufe möglich. Weiterhin ist damit eine Reduktion sowohl der Anzahl Signale, als auch der nötigen Datenmenge, als auch des Aufwandes für die Bedatung der Kennfelder möglich.
Vorzugsweise erfolgt diese Adaption zylinderindividuell. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zylinderindividuelle Stellgrößen verwendet werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Adaption auf Basis von über alle Zylinder gemittelten Werten auszuführen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn motorglobale Stellgrößen verwendet werden.
In 4 ist eine entsprechende Vorgehensweise als Blockdiagramm dargestellt. Bereits in 3 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal des Reglers 300 wird zusätzlich einer Adaption 400 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Reglers gelangt ferner über einen Verknüpfungspunkt 410 zu dem Steller 130. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 410 liegt das Ausgangssignal K eines Vorsteuerkennfeldes 420 an. Dem Vorsteuerkennfeld 420 werden das Ausgangssignal der Adaption 400 und die Signale N und/oder L, die verschiedene Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine charakterisieren, zugeleitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausgangsgröße der Adaption nicht dem Kennfeld 420 zugeführt wird, sondern dass mit der Ausgangsgröße der Adaption die Ausgangsgröße des Kennfeldes 420 korrigiert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310, das heißt die Regelabweichung des Reglers 300, der Adaption 400 zugeführt wird.
In dem ersten Kennfeld 335 sind entsprechend wie in dem ersten Kennfeld 330 der 3 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Sollwert der Wärmemenge abgelegt. Alternativ kann dieser Grundwert entsprechend, wie in 3, ausgehend von dem Sollwert für die Einspritzmenge und einem Umrechnungsfaktor vorgegeben werden.
Ergänzend zu 3 ist vorgesehen, dass das Vorsteuerkennfeld 420 vorgesehen ist. In diesem sind abgängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Ansteuersignale für den Steller 130 abgelegt. Erkennt der Regler 300, dass die zu regelende Größe QI von dem Sollwert QS abweicht, gibt er ein entsprechendes Ausgangssignal an den Verknüpfungspunkt 410. Sind die Werte des Kennfeldes 420 nicht optimal vorgegeben, so regelt der Regler 300 die Abweichung der Größe QI aus. Ferner ist vorgesehen, dass die Adaption ausgehend von der Regelabweichung und/oder dem Ausgangssignal des Reglers 30 das Kennfeld 420 adaptiert. Dies bedeutet zum einen, dass die Adaption 400 die Werte des Kennfeldes derart verändert, dass sich der Istwert QI dem Sollwert QS annähert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Adaption multiplikative und/oder additive Korrekturwerte zur Korrektur des Ausgangssignals des Kennfeldes 420 vorgibt, und das Ausgangssignal mit diesen Werten korrigiert wird.
Bevorzugt ist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Regelung oder zumindestens ein Kennfeld 420 vorgesehen. Alternativ zum Merkmal QI, das aus dem beschriebenen Heizverlauf gewonnen wird, können auch andere aus dem Brennraumdruck und/oder einem Körperschallsensor abgeleitete Merkmale als Regelgrößen verwendet werden. Solche Merkmale sind beispielsweise der Beginn einer Verbrennung und/oder der Schwerpunkt der Verbrennung. Diese Merkmale können aus dem Brennraumdruck oder dem Körperschallsignal ermittelt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass im Neuzustand der Brennkraftmaschine dieses Kennfeld 420 mit einem Einheitswert für alle Betriebspunkte und/oder alle Zylinder besetzt wird. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden dann die entsprechenden Werte ermittelt und in das Kennfeld 420 eingeschrieben.
Bei einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sollwert eines Merkmales-, in Abhängigkeit von anderen Merkmalen korrigiert wird. Dies bedeutet, ein erstes Merkmal wird auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt, wobei der Sollwert abhängig von einem zweiten Merkmal korrigiert, das heißt adaptiert wird.
In 5 ist eine entsprechende Reglerstruktur dargestellt. Der Regler ist mit 300 bezeichnet. Dieser gibt das Ansteuersignal Ai an den Steller 130. Dem Regler wird das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310 zugeführt. Dem Verknüpfungspunkt 310 wird das Ausgangssignal M1I der Auswerteeinheit 140 mit negativem Vorzeichen und das Ausgangssignal M1S des Verknüpfungspunktes 410 mit positivem Vorzeichen zugeführt. Dem Verknüpfungspunkt 410 wird das Ausgangssignal eines ersten Kennfeldes 335 zugeleitet. Dem Kennfeld 335 werden die Ausgangssignale verschiedener Sensoren 350, 355 zugeleitet, die Signale bereitstellen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren. Vorzugsweise werden Signale bezüglich der Last der Brennkraftmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine verarbeitet. Dem Verknüpfungspunkt 410 wird ein Ausgangssignal K einer Adaption 400 zugeleitet. Dem Verknüpfungspunkt 310 und der Adaption 400 werden Merkmale M1I und M2 von der Auswerteinheit 140 zugeführ. Hierbei kann es sich um die selben oder um unterschiedliche Merkmale handeln.
Im Folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel des Beginns und dem Schwerpunkt einer Verbrennung beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei nicht auf diese Merkmale der Verbrennung beschränkt. Sie kann bei allen beliebigen Merkmalen, die ausgehend von dem Brennraumdrucksignal oder einem Körperschallsensor bereitgestellten Signalen, die den Verbrennungsvorgang charakterisieren, ermittelt werden, verwendet werden.
In dem ersten Kennfeld 335 ist abhängig von verschiedenen Betriebszuständen, wie beispielsweise Last und Drehzahl ein Sollwert für die Verbrennungsbeginn M1S abgelegt. Der Istwert für den Verbrennungsbeginn M1I wird von der Auswerteeinheit 140 bereitgestellt. Diese berechnet den Istwert Ml i ausgehend von dem Brennraumdrucksignal oder eines anderen geeigneten Signals, das den Verbrennungsvorgang charakterisiert. Der Sollwert M1S und der Istwert M1I werden im Verknüpfungspunkt 310 miteinander verglichen. Der Abweichungswert wird dann dem Regler 300 zugeleitet. Ausgehend von der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert berechnet der Regler eine entsprechende Stellgröße Ai zur Beaufschlagung des Stellers 130. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Beginn der Einspritzung oder der Beginn der Ansteuerung entsprechend angepasst wird.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein weiteres Merkmal M2 von der Auswerteeinheit 140 ausgehend von dem Brennraumdrucksignal oder eines anderen geeigneten Signals, das den Verbrennungsvorgang charakterisiert, ermittelt wird. Beispielsweise handelt es sich hierbei um den Schwerpunkt der Verbrennung. Ausgehend von diesem Merkmal M2 berechnet die Adaption ein Korrekturwert zur Korrektur des Sollwerts M1S. Diese ist so gewählt, dass sich der Schwerpunkt der Verbrennung einem gewünschten Wert annähert.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Ausgangssignal M1S des Kennfeldes 335 mit dem Korrekturwert K korrigiert das heißt das Ausgangssignal wird adaptiert. Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit dem Korrekturwert K die Kennfeldwerte im Kennfeld 335 korrigiert werden. Das heißt die Kennfeldwerte werden adaptiert. Diese Ausgestaltung ist in 5 gestrichelt dargestellt.
Anstelle des Verbrennungsschwerpunktes und des Verbrennungsbeginns können von der in 5 dargestellten Regelstruktur auch andere Paarungen von Merkmalen bearbeitet werden. Als Merkmale eignen sich alle Merkmale, die ausgehend von Signalen abgeleitet werden, die ein Brennraumdrucksensor, ein Körperschallsensor oder ein anderer Sensor, der geeignete Signale bereitstellt, das den Verbrennungsvorgang charakterisiert.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem eine erste Größe ausgehend von einem Signal eines Brennraumdrucksensors oder eines Körperschallsensors vorgegeben wird, wobei die erste Größe den Verbrennungsablauf im Brennraum wenigstens eines Zylinders der Brennkraftmaschine charakterisiert, wobei aus wenigstens einem Kennfeld eine zweite Größe ausgelesen wird, ausgehend von der eine Stellgröße zur Beeinflussung des Verbrennungsablaufs vorgebbar ist, wobei das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene zweite Größe abhängig von wenigstens einem Merkmal, das ausgehend von der ersten Größe ermittelt wird, adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kennfeld ein Sollwert für die Stellgröße und/oder ein Vorsteuerwert für die Stellgröße abgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene Größe abhängig von dem Merkmal und/oder abhängig von dem Vergleich des Merkmals mit einem Sollwert adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Größe einem Summenheizverlauf oder einem Summenbrennverlauf einem Heizverlauf oder einem Brennverlauf entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Merkmal auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird, wobei der Sollwert abhängig von einem zweiten Merkmal adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße auf die Einspritzmenge oder die Einspritzdauer oder den Einspritzdruck und/oder den Einspritzbeginn einer oder mehrerer Voreinspritzungen, einer oder mehrerer Haupteinspritzungen und/oder einer oder mehrerer Nacheinspritzungen eingreift.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße auf die zugeführte Luftmenge und/oder die Abgasrückführmenge und/oder den Ladedruck eingreift.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit ersten Mitteln die eine erste Größe ausgehend von einem Signal eines Brennraumdrucksensors oder eines Körperschallsensors vorgeben, wobei die erste Größe den Verbrennungsablauf im Brennraum wenigstens eines Zylinders der Brennkraftmaschine charakterisiert, dass zweite Mittel vorgesehen sind, die aus wenigstens einem Kennfeld eine zweite Größe auslesen, und die ausgehend von der zweiten Größe eine Stellgröße zur Beeinflussung des Verbrennungsablaufs vorgeben, und die das Kennfeld und/oder die aus dem Kennfeld ausgelesene zweite Größe abhängig von wenigstens einem Merkmal, das ausgehend von der ersten Größe ermittelt wird, adaptieren.