-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Motorsteuerung
eines Verbrennungsmotors sowie eine entsprechende Motorsteuerung.
-
Bei
herkömmlichen
Verbrennungsverfahren eines direkt einspritzenden Verbrennungsmotors wird
eine Abgasrückführung zur
Reduzierung der Stickoxide eingesetzt, wodurch lokale Spitzentemperaturen
in einer Zylinderladung des Verbrennungsmotors und eine Sauerstoffkonzentration
in der Zylinderladung abgesenkt werden. Mit steigender Abgasrückführrate wird
jedoch gleichzeitig eine Russpartikelentstehung begünstigt und
eine Nachoxidation abgeschwächt,
wodurch bestimmte Abgasnormen nicht mehr eingehalten werden können. Um
einen Zielkonflikt zwischen der Reduzierung der Stickoxide und einer
Begünstigung
der Partikelentstehung zu lösen, ist
eine so genannte homogene Verbrennung bei Verbrennungsmotoren bekannt.
Dabei wird eine große Menge
gut abgekühltes
Abgas in den Verbrennungsmotor zurückgeführt und eine Einspritzung sehr
früh vor
dem oberen Todpunkt eingeleitet. Dadurch wird eine Zeit für eine Luft-Kraftstoff-Gemischbildung
innerhalb der Zylinder bis zur Zündung
deutlich verlängert
(Zündverzug),
da einerseits ein Temperaturniveau während der Kompression sehr
gering ist und andererseits Inertgase der Abgase eine Isolation
zwischen Kraftstoff und Ladung bewirken. Der verlängerte Zündverzug
hat wiederum zur Folge, dass eine Entstehung der Russpartikel durch
eine homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung vermieden wird. Bei einer
Verbrennung erwärmt
sich auf Grund eines hohen Anteils des Abgases in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
fast das gesamte Luft-Kraftstoff-Gemisch gleichmäßig, wodurch lokale Temperaturspitzen
in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
vermieden werden. Aus diesem Grund und weit ein Restsauerstoffanteil
in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch gering ist, entstehen bei der Verbrennung
fast keine Stickoxide mehr. Daher weist ein Verbrennungsmotor, welcher
mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, gegenüber einem
Verbrennungsmotor, welcher mit der konventionellen Verbrennung betrieben
wird, Vorteile hinsichtlich der im Abgas enthaltenen Emissionen
auf.
-
Die
homogene Verbrennung eignet sich insbesondere für kleine bis mittlere Lasten
beziehungsweise Drehmomente und Drehzahlen. Mit steigenden Drehzahlen
steht immer weniger Zeit für
eine homogene Luft-Kraftstoff-Gemischbildung zur Verfügung und
bei hohen Drehmomenten muss ein Kraftstoffanteil in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
erhöht
werden, was beides einer homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischbildung
entgegensteht und damit einen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors
für die
homogene Verbrennung beschränkt.
Deshalb ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor bei hohen Drehmomenten
beziehungsweise Drehzahlen mit der konventionellen Verbrennung zu
betreiben.
-
Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine auf diesem Verfahren basierende Motorsteuerung bereitzustellen,
womit ein Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen
Umstände
verbessert betrieben werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur Motorsteuerung nach Anspruch 1 und durch eine Motorsteuerung
nach Anspruch 26 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Im
Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Motorsteuerung eines
Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor mit
einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung
betrieben werden kann. Dabei wird sowohl bei der konventionellen
als auch bei der homogenen Verbrennung ein Förderbeginn und eine Förderdauer
für dem
Verbrennungsmotor zuzuführenden
Kraftstoff geregelt.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann der Verbrennungsmotor sowohl mit der konventionellen als auch
mit der homogenen Verbrennung betrieben werden. Dadurch ist das
Verfahren vorteilhafter Weise in der Lage, den Verbrennungsmotor
bei einem Zustand des Verbrennungsmotors, in welchem der Verbrennungsmotor
mit der homogenen Verbrennung betrieben werden kann und welcher
insbesondere durch ein Solldrehmoment des Verbrennungsmotors und
eine Motordrehzahl beschrieben wird, den Verbrennungsmotor mit der
homogenen Verbrennung zu betreiben. Zusätzlich ist das Verfahren aber
auch in der Lage, den Verbrennungsmotor mit der konventionellen
Verbrennung zu betreiben, wenn der Zustand des Verbrennungsmotors
einen Betrieb mit der homogenen Verbrennung nicht erlaubt.
-
Der
Förderbeginn
und die Förderdauer
können
dabei abhängig
von mindestens einem Parameter bestimmt werden, welcher ausgewählt ist
aus einer Gruppe umfassend das Solldrehmoment, die Motordrehzahl,
eine Ganginformation eines mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten
Getriebes, eine Motortemperatur, eine Ansauglufttemperatur, welche einer
Temperatur einer in den Verbrennungsmotor angesaugten Luft entspricht,
ein Umgebungsluftdruck, welcher einem Luftdruck der in den Verbrennungsmotor
angesaugten Luft entspricht, eine Frischluftmasse, welche von dem
Verbrennungsmotor angesaugt wird, ein Sollwert eines indizierten
Mitteldrucks (beziehungsweise Sollwert eines indizierten Moments)
eines Zylinders des Verbrennungsmotors, ein indizierter Mitteldruck
des Zylinders des Verbrennungsmotors, ein Brennbeginn eines Luft-Kraftstoff-Gemisches,
eine korrigierte Kraftstoffmasse, welche abhängig von der Motortemperatur
aus dem Solldrehmoment berechnet wird, eine Abgasrückführrate,
welche aus relevanten Zustandsgrößen abgeleitet
wird.
-
Dabei
kann eine Sollfrischluftmasse beziehungsweise ein Sollwert der von
dem Verbrennungsmotor angesaugten Frischluftmasse durch ein erstes Kennfeld
abhängig
von dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl bestimmt werden. Dann
kann eine Differenz zwischen der Sollfrischluftmasse und der Frischluftmasse
geregelt werden. Zusätzlich
kann ein einer Vorsteuerung unterzogener Erwartungswert einer Stellgröße eines
Abgasrückführungssystems (d.h.
Abgasrückführungsventil
und Drosselklappe) des Verbrennungsmotors durch ein zweites Kennfeld abhängig von
dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl bestimmt werden. Somit
kann die geregelte Differenz und der Erwartungswert der Stellgröße kombiniert
beziehungsweise summiert werden, um die Stellgröße des Abgasrückführungssystems
zu erhalten. Dabei kann das erste und das zweite Kennfeld, welche
gleich sein können,
abhängig
davon gewählt
werden, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit
der homogenen Verbrennung betrieben wird.
-
Die
Auswahl mindestens eines Kennfeldes abhängig davon zu gestalten, ob
die konventionelle oder die homogene Verbrennung eingesetzt wird, bietet
erfindungsgemäß den Vorteil,
dass ein entsprechendes Kennfeld abhängig von speziellen eine entsprechende
Regelung betreffenden Eigenschaften der konventionellen oder der
homogenen Verbrennung ausgebildet wird.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann bei der konventionellen Verbrennung ein Förderbeginnrohwert abhängig von
der Motortemperatur, der Motordrehzahl und dem Solldrehmoment mithilfe mindestens
eines dritten Kennfeldes bestimmt werden. Dagegen kann bei der homogenen
Verbrennung der Förderbeginnrohwert
abhängig
von der Motortemperatur, der Motordrehzahl, dem Solldrehmoment und
der Abgasrückführrate mithilfe
mindestens eines vierten Kennfeldes bestimmt werden.
-
Der
Förderbeginn
kann über
mindestens ein weiteres Kennfeld abhängig von dem Sollwert des indizierten
Mitteldrucks, der Motordrehzahl, der Motortemperatur, dem Brennbeginn
und dem Förderbeginnrohwert
bestimmt werden. Dabei wird das mindestens eine weitere Kennfeld
vorteilhafter Weise abhängig
davon gewählt,
ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit der homogenen
Verbrennung betrieben wird.
-
Die
Bestimmung des Förderbeginns
kann durch einen ersten PI-Regler erfolgen. Dabei wird mindestens
ein Parameter des ersten PI-Reglers abhängig davon eingestellt, ob
der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit der homogenen
Verbrennung betrieben wird.
-
Indem
der mindestens eine Parameter des ersten PI-Reglers abhängig von
der konventionellen oder der homogenen Verbrennung eingestellt wird, kann
der erste PI-Regler und damit eine Regelung des Förderbeginns
besser auf eine Verbrennungsart (homogen oder konventionell) eingestellt
werden.
-
Erfindungsgemäß kann nach
einem Wechsel der Verbrennungsart ein Integralteil des ersten PI-Reglers
zusammen mit einem Motordrehmoment, der Motordrehzahl und einer
Information, von welcher Verbrennungsart gewechselt wurde, abgespeichert
werden. Dabei entsprechen das Motordrehmoment und die Motordrehzahl
Werten, welche die letzten gültigen
Werte vor dem Wechsel der Verbrennungsart waren. Falls vorhanden,
wird der Integralteil des ersten PI-Reglers vorzugsweise mit einem
abgespeicherten Wert abhängig
von dem Motordrehmoment, der Motordrehzahl und der nach dem Wechsel gültigen Verbrennungsart
vorbelegt. Falls ein solcher Wert nicht vorhanden ist, wird der
Integralteil mit 0 vorbelegt.
-
Durch
das Abspeichern des Integralteils zusammen mit dem Motordrehmoment,
der Motordrehzahl und der Verbrennungsart, welche einen Zustand des
Verbrennungsmotors beschreiben, abgespeichert wird, lernt das erfindungsgemäße Verfahren quasi
Integralteile für
bestimmte Zustände
des Verbrennungsmotors. Indem der gelernte Integralteil nach dem
Wechsel der Verbrennungsart eingestellt wird, wird ein Einschwingen
des PI-Reglers vermieden, wodurch die Regelung verbessert wird.
-
Der
Sollwert des indizierten Mitteldrucks sowie der Brennbeginn und
damit der Förderbeginn können zylinderselektiv
bestimmt werden.
-
Dadurch
werden Zylindereigenarten bei der Regelung berücksichtigt, was das erfindungsgemäße Verfahren
insgesamt verbessert. Dabei wird dann zum Beispiel ein erster PI-Regler
pro Zylinder eingesetzt.
-
Vorzugsweise
kann die Förderdauer
abhängig
von dem Förderbeginn,
der Motordrehzahl, der korrigierten Kraftstoffmasse, dem Sollwert
des indizierten Mitteldrucks und des indizierten Mitteldrucks bestimmt
werden, wobei der indizierte Mitteldruck und damit die Förderdauer
auch zylinderselektiv bestimmt werden können. Dabei kann ein zweiter PI-Regler eingesetzt
werden, dessen Parameter ebenfalls abhängig von der Verbrennungsart
eingestellt werden können.
Falls die Förderdauer
zylinderselektiv eingestellt wird, wird pro Zylinder ein zweiter PI-Regler
eingesetzt. Ähnlich
wie bei dem ersten PI-Regler kann der Integralteil des zweiten PI-Reglers
abhängig
von dem Zustand des Verbrennungsmotors, welcher dabei auch durch
das Motordrehmoment, die Motordrehzahl und die Verbrennungsart beschrieben
wird, gelernt werden.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Motorsteuerung
für einen
Verbrennungsmotor bereitgestellt, welche derart ausgestaltet ist, dass
sie sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung
den Förderbeginn
und die Förderdauer
regelt. Dabei ist die Motorsteuerung vorzugsweise zur Durchführung des
vorab beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
-
Die
vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung.
Selbstverständlich
ist die Erfindung jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt, sondern
kann auch bei anderen Verbrennungsmotoren, wie z. B. einem Ottomotor,
eingesetzt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
-
1 stellt
schematisch einen Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung
dar.
-
2 stellt
ein Blockschaltbild einer Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Motorsteuerung
dar.
-
3 stellt
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Abgasrückführregelung dar.
-
4 stellt
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Förderbeginnberechnungseinheit beziehungsweise
Förderbeginnregelung
dar.
-
5 stellt
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verbrennungslageregelung
dar.
-
6 stellt
ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Förderdauerberechnungseinheit
beziehungsweise Förderdauerregelung
zusammen mit einer erfindungsgemäßen Regelung
eines indizierten Mitteldrucks dar.
-
In 1 ist
schematisch ein Verbrennungsmotor 1, beispielsweise ein
Dieselmotor, mit einem Zylinderblock 2, einem Abgasrückführungsventil 3 und
einem Verdichter 4 dargestellt. Dabei wird der Verbrennungsmotor 1 von
einer Motorsteuerung 5 gesteuert und ein Abgas des Verbrennungsmotors 1 über das
Abgasrückführungsventil 3 und
den Verdichter 4 gemischt mit Frischluft in den Verbrennungsmotor 1 zurückgeführt. Die
Motorsteuerung steuert dabei unter anderem über das Abgassteuerungsventil 3 einen
Anteil des Abgases an einem Luftgemisch, welches zusammen mit einem
Kraftstoff zu einem zu zündenden
Luft-Kraftstoff-Gemisch
in Zylindern des Verbrennungsmotors vermischt wird.
-
In 2 ist
eine Gesamtstruktur einer Regelung eines Ausführungsbeispiels der Motorsteuerung 5 dargestellt.
Die Motorsteuerung 5 regelt dabei einen Förderbeginn 41 und
eine Förderdauer 42 für dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführenden
Kraftstoff beziehungsweise bestimmt einen Sollwert für den Förderbeginn 41 und
einen Sollwert für
die Förderdauer 42.
Die Gesamtstruktur besteht aus folgenden Hauptblöcken: einer Momentenstruktur 101,
einem Füllungsmodell
für eine
Niederdruckstrecke einer Abgasrückführung 102,
einer Zylinderdruckauswerteeinheit 103 pro Zylinder, einem
Betriebszustandskoordinator 104, einer Abgasrückführungsregelung 105,
einer Förderbeginnberechnungseinheit 106,
einer Förderdauerberechnungseinheit 107,
einer Verbrennungslageregelung 108, wobei Teile pro Zylinder
vorhanden sind, und einer Regelung eines indizierten Mitteldrucks 109,
wobei ebenfalls Teile pro Zylinder vorhanden sind. Die Momentenstruktur 101 besitzt
dabei als Eingangsgrößen eine
Motordrehzahl 22 und einen Wert eines Pedalwertgebers 31 (Gaspedal)
sowie als Ausgangsgrößen ein
Solldrehmoment 21 des Verbrennungsmotors und je einen Sollwert
eines indizierten Mitteldrucks 25 für die Zylinder des Verbrennungsmotors 1.
Das Füllungsmodell
für die
Niederdruckstrecke der Abgasrückführung 102 besitzt
Zylinderdruck relevante Eingabewerte, woraus eine Abgasrückführrate 51 bestimmt wird.
Die Zylinderdruckauswerteeinheit 103 besitzt ebenfalls
Zylinderdruck relevante Eingaben, woraus sie einen Brennbeginn 26 eines
Luft-Kraftstoff-Gemisches und einen indizierten Mitteldrucks 27 pro
Zylinder des Verbrennungsmotors 1 bestimmt. Der Betriebszustandskoordinator 104 besitzt
eine Motorwassertemperatur 29, einen Abgasnachbehandlungsstatus 30,
die Motordrehzahl 22 und das Solldrehmoment 21 als
Eingaben, woraus er einen Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 und
einen Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 bestimmt.
Die Abgasrückführungsregelung 105 hat
eine Frischluftmasse 24, welche von dem Verbrennungsmotor 1 angesaugt
wird, die Motordrehzahl 22, das Solldrehmoment 21 und
den Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 als
Eingabewerte und bestimmt daraus eine Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und eine
Stellgröße 48 für eine nicht
dargestellte Drosselklappe. Die Förderbeginnberechnungseinheit 106 bekommt
die Motordrehzahl 22, das Solldrehmoment 21, den
Betriebszustandsschalterwert für
den Förderbeginn 50 und
die Abgasrückführrate 51 als
Eingaben und berechnet daraus einen Förderbeginnrohwert 46.
Die Verbrennungslageregelung 108 besitzt den Förderbeginnrohwert 46,
die Motordrehzahl 22, den Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25,
den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 und
den Brennbeginn 26 als Eingaben und berechnet daraus den
Förderbeginn 41.
Die Förderdauerberechnungseinheit 107 hat
den Förderbeginn 41,
die Motordrehzahl 22 und das Solldrehmoment 21 als Eingaben
und bestimmt daraus einen Förderdauerrohwert 47.
Schließlich
hat die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 den Förderdauerrohwert 47,
die Motordrehzahl 22 und den Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25,
den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 und
den indizierten Mitteldruck 27 als Eingaben, woraus sie
die Förderdauer 42 berechnet.
-
Zentraler
Baustein der Gesamtstruktur ist der Betriebszustandskoordinator 104,
welcher in Abhängigkeit
von einem Betriebspunkt und weiteren Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors 1 festlegt, mit
welcher Verbrennungsart, d. h. mit der homogenen Verbrennung oder
mit der konventionellen Verbrennung, der Verbrennungsmotor 1 betrieben
wird. Durch den Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49,
womit Funktionen eines Luftsystems des Verbrennungsmotors 1 geregelt
werden, und den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50, womit
ein Einspritzsystem des Verbrennungsmotors geregelt wird, regelt
der Betriebszustandskoordinator 104 maßgeblich den Verbrennungsmotor 1 und
sorgt dafür,
dass ein Wechsel der Verbrennungsart optimal, das heißt zum Beispiel ohne
erhöhte
Abgasemissionen eingeleitet wird. In der Förderbeginnberechnungseinheit 106 wird
der Förderbeginnrohwert 46,
welcher ein grober, für
alle Zylinder geltender Wert für
den Förderbeginn
ist, in Abhängigkeit
verschiedener Größen bestimmt.
Dieser Förderbeginnrohwert 46 wird
dann durch die Verbrennungslageregelung 108 zylinderselektiv
korrigiert. Ähnlich
wird der Förderdauerrohwert 47,
welcher ein grober Wert für
die Förderdauer
ist, in der Förderdauerberechnungseinheit 107 in
Abhängigkeit von
dem Solldrehmoment 21 beziehungsweise einer Wunschkraftstoffmenge,
der Motordrehzahl 22 und des zylinderselektiven Förderbeginns 41 berechnet. Abschließend wird
der Förderdauerrohwert 47 durch die
Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 korrigiert, wodurch
die Förderdauer 42 bestimmt
wird.
-
In 3 ist
die Abgasrückführregelung 105 dargestellt.
Die Abgasrückführregelung 105 unterteilt sich
in eine Sollwertberechnung 105a, eine Vorsteuerung 105b,
einen Regler 73 und eine Linearisierung 74. Dabei
wird bei der Sollwertberechnung 105a durch das Solldrehmoment 21 und
die Motordrehzahl 22 durch zwei erste Kennfelder 61a, 61b jeweils
ein Wert für
eine Sollfrischluftmasse 44 berechnet, wobei abhängig von
dem Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 mithilfe
eines ersten Auswahlschalters 76a ausgewählt wird,
welcher Wert die Sollfrischluftmasse 44 bildet. Dadurch
wird die Sollfrischluftmasse 44 mithilfe desjenigen ersten
Kennfelds 61a, 61b berechnet, welches für die aktuelle Verbrennungsart
ausgelegt ist, wodurch die Sollfrischluftmasse 44 sowohl
für die
homogene als auch für
die konventionelle Verbrennung optimal berechnet wird. Von dieser
Sollfrischluftmasse 44 wird nun die Frischluftmasse 24 abgezogen
und die entstehende Differenz wird mithilfe des Reglers 73 geregelt,
wie es nach dem Stand der Technik üblich ist. Ähnlich wird bei der Vorsteuerung 105b durch
das Solldrehmoment 21 und die Motordrehzahl 22 durch zwei
zweite Kennfelder 62a, 62b jeweils ein Wert für einen
Erwartungswert 45 einer Stellgröße eines Abgasrückführungssystems,
welches aus dem Abgasrückführungsventil 3 und
einer nicht dargestellten Drosselklappe besteht, berechnet, wobei
abhängig von
dem Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 mithilfe
eines zweiten Auswahlschalters 76b ausgewählt wird,
welcher Wert den Erwartungswert 45 für die Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 bildet,
was zu den gleichen Vorteilen führt,
welche vorab bei der Berechnung der Sollfrischluftmasse 44 ausgeführt wurden.
Die Summe aus einem Ausgabewert des Reglers 73 und dem aus
der Vorsteuerung stammenden Erwartungswert 45 der Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 wird
einer Linearisierung 74 unterworfen, wodurch die Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und
die Stellgröße 48 für die Drosselklappe
bestimmt wird.
-
Neben
dem bereits vorab beschriebenen Vorteil, dass sowohl die Sollfrischluftmasse 44 als auch
der durch die Vorsteuerung 105b erzeugte Erwartungswert 45 der
Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 je
nach Verbrennungsart unterschiedlich berechnet wird, besteht ein
weiterer Vorteil in der Vorsteuerung 105b. Dadurch kann
trotz einer Trägheit
des Reglers 73 die Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und
die Stellgröße 48 für die Drosselklappe
schnell bestimmt werden.
-
4 stellt
die Förderbeginnberechnungseinheit 106 dar,
welche neben einem Auswahlschalter 76c und einem PDT1-Regler 71 aus
einem bei der homogenen Verbrennung eingesetzten Teil 106b und einem
bei der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teil 106a besteht
und den Förderbeginnrohwert 46 berechnet.
Dabei wird durch den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 entschieden,
ob ein erster Zwischenwert 81 des durch den bei der homogenen
Verbrennung eingesetzten Teiles 106b oder eine Ausgangsgröße des durch
den bei der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teiles 106a eine
Eingangsgröße für den PDT1-Regler 71 ist.
Der erste Zwischenwert 81 wird ermittelt, indem durch eine
erste Kennfeldauswahleinheit 121 abhängig von der Motortemperatur 23 mithilfe
eines ersten Kennfeldauswahlschalters 77a ein drittes Kennfelds 63a-e
ermittelt wird. Mit dem derart ausgewählten dritten Kennfelds 63a-e
wird abhängig
von dem Solldrehmoment 21 und der Motordrehzahl 22 der
erste Zwischenwert 81 bestimmt. Genauso wird in dem bei
der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teil 106a durch
eine zweite Kennfeldsauswahleinheit 122 abhängig von
der Motortemperatur 23 mithilfe eines zweiten Kennfeldauswahlschalters 77b ein
viertes Kennfeld 64a-e ermittelt, wobei durch das derart
ermittelte vierte Kennfeld 64a–64e abhängig von
dem Solldrehmoment 21 und von der Motordrehzahl 22 ein
zweiter Zwischenwert 82 gebildet. Dieser zweite Zwischenwert 82 wird
allerdings durch einen dritten Zwischenwert 83 korrigiert.
Zur Berechnung des dritten Zwischenwerts 83 wird durch
ein weiteres Kennfeld 69 abhängig von dem Solldrehmoment 21 und
der Motordrehzahl 22 eine Sollabgasrückführrate 52 bestimmt.
Durch eine dritte Kennfeldauswahleinheit 123 wird abhängig von
einer Differenz zwischen der Sollabgasrückführrate 52 und der Abgasrückführrate 51 mithilfe
eines dritten Kennfeldauswahlschalters 77c ein fünftes Kennfeld 65a-c
bestimmt, wobei durch das derart ausgewählte fünfte Kennfeld 65a-c
abhängig
von dem Solldrehmoment 21 und der Motordrehzahl 22 der
dritte Zwischenwert 83 bestimmt wird, welcher zu dem zweiten
Zwischenwert 82 hinzu addiert wird, wobei die Summe die
Ausgangsgröße des für die konventionelle
Verbrennung eingesetzten Teiles 106a bildet.
-
Die
Ausgangsgröße des PDT1-Reglers 71 entspricht
dem Förderbeginnrohwert 46.
Damit der PDT1-Regler 71 sowohl bei der konventionellen
als auch bei der homogenen Verbrennung korrekt arbeitet, werden
seine Parameter mithilfe einer ersten Parameteradaptionseinheit 111 bei
einem Wechsel der Verbrennungsart eingestellt.
-
Im
Gegensatz zum Stand der Technik umfasst die Förderbeginnberechnungseinheit 106 nicht nur
den Teil für
die konventionelle Verbrennung 106a sondern auch den Teil
für die
homogene Verbrennung 106b und den PDT1-Regler 71.
Dabei ist die Aufgabe des PDT1-Reglers,
den Förderbeginnrohwert
46 beim Wechsel der Verbrennungsart beziehungsweise des Betriebszustandes
des Verbrennungsmotors 1 dynamisch zu führen. Dadurch wird der Einfluss
der sich vergleichsweise langsamen ändernden Abgasrückführrate insbesondere
beim Wechsel von der homogenen zu der konventionellen Verbrennung
kompensiert. Ohne diese Kompensation würde eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs
beim Wechsel zu der konventionellen Verbrennung auf Grund eines
erhöhten
Zünderverzuges (eine
Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemischs findet später statt) kurzzeitig viel
zu spät
einsetzen, wodurch das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 geringer
ausfallen würde.
Beim Wechsel von der konventionellen Verbrennung zu der homogenen
Verbrennung wird zwar zuerst in einem ersten Schritt nur die Abgasrückführrate erhöht und erst
anschließend in
einem zweiten Schritt der Förderbeginn
geändert. Trotzdem
ist eine dynamische Korrektur des Förderbeginnrohwerts 46 notwendig,
da die Sauerstoffkonzentration im zurückgeführten Abgas nur langsam einen
eingeschwungenen Zustand annimmt.
-
Wie
bereits vorab im Detail ausgeführt
wurde, wird bei der homogenen Verbrennung genau wie bei der konventionellen
Verbrennung der zweite Zwischenwert 82 mithilfe eines Kennfelds
ermittelt. Zusätzlich
wird allerdings der zweite Zwischenwert 82 in Abhängigkeit
von einer Abweichung zwischen der Sollabgasrückführrate und der aktuellen Abgasrückführrate korrigiert.
Dies ist notwendig, da die Abgasrückführrate auf Grund eines im Vergleich
zur konventionellen Verbrennung geringeren Drucks in der Luftregelstrecke
und auf Grund des großen
Volumens nur sehr langsam bei einem dynamischen Motorbetrieb nachgeführt werden
kann. Durch die Korrektur wird ein Einfluss der vom Sollwert abweichenden
Abgasrückführrate kompensiert
und der Brennbeginn konstant gehalten.
-
5 stellt
die Verbrennungslageregelung 108 dar, welche eine Brennbeginnsollwertberechnungseinheit 108a und
einen Brennbeginnregler 108b umfasst. Die Verbrennungslageregelung 108, welche
bisweilen auch als Verbrennungsbeginnregelung bezeichnet wird, regelt
den Förderbeginn 41, welcher
einen Beginn der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im jeweiligen
Zylinder des Verbrennungsmotors 1 maßgeblich mitbestimmt. Dabei
wird bei der Brennbeginnsollwertberechnungseinheit 108a sowohl
für die
homogene als auch für die
konventionelle Verbrennung jeweils durch ein sechstes Kennfeld 66a,b
abhängig
von dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks und der Motordrehzahl 22 ein
Wert berechnet, welcher jeweils durch einen weiteren durch ein siebtes
Kennfeld 67a,b abhängig von
der Motordrehzahl 22 und der Motortemperatur 23 berechneten
Wert korrigiert wird und damit einem Sollwert für den Brennbeginn entspricht.
Je nach Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 wird
mithilfe eines vierten Auswahlschalters 76d entweder der
bezüglich
der konventionellen oder der homogenen Verbrennung berechnete Sollwert
für den Brennbeginn
ausgewählt,
von welchem der tatsächliche
Brennbeginn 26 abgezogen wird. Die dadurch entstehende
Differenz 84 wird mithilfe eines ersten PI-Reglers 72 geregelt,
wobei der Ausgang des PI-Reglers 72 einem fünften Auswahlschalter 76e, welcher
durch ein Ausgangssignal einer zweiten Parameteradaptionseinheit 112 geschaltet
wird, zugeführt
wird. Im Normalfall schaltet der fünfte Auswahlschalter 76e den
Ausgang des PI-Reglers 72 auf seinen Ausgang, so dass eine
Summe aus dem Ausgangswert des PI-Reglers 72 und dem Förderbeginnrohwert 46 den
Förderbeginn 41 ergibt.
Nur für
den Fall dass sich der Verbrennungsmotor 1 in einem so genannten
Schubbetrieb befindet, schaltet der fünfte Auswahlschalters 76e den
Wert 0 auf seinen Ausgang, so dass sich der Förderbeginn 41 direkt
aus dem Förderbeginnrohwert 46 ergibt.
Dabei liegt der Schubbetrieb zum Beispiel vor, wenn ein den Verbrennungsmotor 1 umfassendes
Fahrzeug rollt, wobei das Solldrehmoment 21 gleich 0 ist,
weil z. B. ein Fahrer des Fahrzeugs seinen Fuß vom Gaspedal genommen hat.
-
Damit
der PI-Regler 72 sowohl bei der konventionellen als auch
bei der homogenen Verbrennung optimal arbeitet, werden seine Parameter
durch die zweite Parameteradaptionseinheit 112 beim Wechsel
der Verbrennungsart entsprechend der nach dem Wechsel gültigen Verbrennungsart
eingestellt.
-
Die
Aufgabe der Verbrennungslageregelung 108 ist es, einen
Verbrennungsbeginn beziehungsweise Brennbeginn oder eine Verbrennungslage
sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung
zylinderselektiv einzuregeln, weshalb entsprechende Elemente der
Verbrennungslageregelung 108 (z.B. der erste PI-Regler 72) einmal
pro Zylinder vorkommen. Die Verbrennungslage ist eine wichtige Kenngröße der Verbrennung, welche
unter anderem eine Schadstoffbildung (NOx, HC und CO) aber auch
den Kraftstoffverbrauch und die Geräuschemissionen beeinflusst.
Insbesondere bei der homogenen Verbrennung ist es schwierig, die Verbrennungslage
allein durch den Förderbeginn einzustellen,
da sehr viele nicht erfassbare Größen den Zündverzug beeinflussen, weshalb
die ersten PI-Regler 72 unumgänglich sind. Um Nichtlinearitäten der
Regelstrecke auszugleichen und ein Regelverhalten bei der homogenen
Verbrennung gezielt zu beeinflussen, werden die Parameter der ersten PI-Regler 72 beim
Wechsel der Verbrennungsart adaptiert, wie es bereits vorab beschrieben
worden ist.
-
6 stellt
die Förderdauerberechnungseinheit 107 zusammen
mit der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 dar.
Dabei dient die Förderdauerberechnungseinheit 107 als
Vorsteuerung. In der Förderdauerberechnungseinheit 107 wird über eine
vierte Kennfeldauswahleinheit 124 abhängig von dem Förderbeginn 41 mithilfe
eines vierten Kennfeldauswahlschalters 77d ein achtes Kennfeld 68a-e
ausgewählt,
womit abhängig
von der Motordrehzahl 22 und der korrigierten Kraftstoffmasse 33 der
Förderdauerrohwert 47 bestimmt
wird. Dadurch ist es möglich,
die Förderdauer 42 auch
bei sehr frühem
Förderbeginn 41 exakt
zu steuern bzw. vorzusteuern. Die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 ist
ebenfalls durch einen zweiten PI-Regler 75 mit einer dritten
Parameteradaptionseinheit 113 realisiert. Als zu regelnde Größe erhält der zweite
PI-Regler 75 eine Differenz aus dem Sollwert des indizierten
Mitteldrucks 25 und dem indizierten Mitteldruck 27.
Die Ausgangsgröße beziehungsweise
Stellgröße des zweiten
PI-Reglers 75 wird auf einen sechsten Auswahlschalter 76f gegeben,
welcher durch ein Ausgangsignal der dritten Parameteradaptionseinheit 113 gesteuert
wird, wobei im Normalfall die Stellgröße des PI-Reglers 75 den
Ausgangswert des sechsten Auswahlschalters 76f bildet,
welcher addiert mit dem Förderdauerrohwert 47 die
Förderdauer 42 ergibt.
Nur im Schubbetrieb schaltet der sechste Auswahlschalter 76f eine
0 auf seinen Ausgang, wodurch der Förderbeginn 42 allein
durch den Förderbeginnrohwert 47 gebildet wird.
-
Sowohl
der erste als auch der zweite PI-Regler 72, 75 besitzen
eine Initialisierungseinheit 131, 132. Da der
Integralteil jedes PI-Reglers 72, 75 abhängig von
der Verbrennungsart ist, ist es vorteilhaft, den jeweiligen Integralteil
bei dem Wechsel der Verbrennungsart entsprechend des Betriebspunktes
beziehungsweise Zustandes des Verbrennungsmotors 1 einzustellen.
Der Zustand des Verbrennungsmotors 1 wird dabei neben der
Verbrennungsart durch ein Motordrehmoment und die Motordrehzahl 22 beschrieben.
Diese Integralteile müssen
für jeden
Zustand des Verbrennungsmotors 1 zylinderselektiv gelernt
werden. Deshalb geschieht bei einem Wechsel der Verbrennungsart
folgendes:
Der Integralteil jedes PI-Reglers 72, 75 wird
zusammen mit Daten, welche den Zustand des Verbrennungsmotors 1 beschreiben
(bei der vorliegenden Ausführungsform
sind das das Motordrehmoment, die Motordrehzahl 22, die
Verbrennungsart und der entsprechende Zylinder), abgespeichert.
Auch wenn für
den Zustand des Verbrennungsmotors 1 bereits Integralteile
abgespeichert sind, werden diese überschrieben, da sich die Integralteile
mit der Zeit ändern können. Außerdem wird überprüft, ob für den Zustand
des Verbrennungsmotors 1, welcher nach dem Wechsel der
Verbrennungsart angenommen wird (im Wesentlichen hat sich nur die
Verbrennungsart geändert),
bereits Integralteile für
die PI-Regler 72, 75 vorliegen. Ist dies der Fall,
ersetzen diese Integralteile die aktuellen Integralteile der PI-Regler 72, 75.
ist dies nicht der Fall, das heißt, die Motorsteuerung 5 besitzt
keine erlernten Integralteile für
diesen Zustand des Verbrennungsmotors 1, werden die Integralteile
der PI-Regler 72, 75 mit
0 vorbelegt.
-
Die
Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 besitzt zwei
wesentliche Aufgaben. Zum einen muss sichergestellt sein, dass der
indizierte Mitteldruck 27 bei der konventionellen Verbrennung
und bei der homogenen Verbrennung konstant gehalten wird. Dabei
ist insbesondere bei der homogenen Verbrennung ein gesteuerter Eingriff über die
Förderdauerberechnungseinheit 107 nicht
ausreichend, da sehr große
Eingriffe beziehungsweise Änderungen
des Förderbeginns 41 durch
die Verbrennungslageregelung 108 auftreten und die korrigierte
Kraftstoffmasse 33 bei frühem Förderbeginn schwer eingestellt
werden kann. Eine weitere Aufgabe der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 ist
es, das Wechseln der Verbrennungsart möglichst ohne Abweichungen in dem
indizierten Mitteldruck 27 auszuführen. Diese Abweichungen des
indizierten Mitteldrucks 27 machen sich einem Fahrer eines
den Verbrennungsmotor 1 umfassenden Fahrzeuges durch ein
Rucken des Fahrzeugs beim Fahren negativ bemerkbar. Ein schlagartiges
Wechseln des Förderbeginns
hat Fehler bei einem Einspritzen der Kraftstoffmasse auf Grund von
Abweichungen bei den Pumpen zur Folge. Daher wird eine lernende,
adaptive Struktur, wie sie vorab beschrieben worden ist, zur Unterstützung des
Wechsels der Verbrennungsart eingesetzt.
-
Wie
bereits vorab beschrieben worden ist, wird ein Momenten neutrales
Wechseln der Verbrennungsart durch eine zylinderselektive Initialisierung der
zweiten PI-Regler 75 realisiert weshalb entsprechende Elemente
der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 (z.B. der
zweite PI-Regler 75) einmal pro Zylinder vorkommen. Dabei
werden Initialisierungswerte in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt in
Kennfeldern abgelegt und durch einen Algorithmus für jeden
Zylinder angelernt. Das Lernen der Kennfelder geschieht dabei bei
dem Wechsel der Verbrennungsart. Außerdem werden die zweiten PI-Regler 75 zylinderselektiv
entsprechend des Betriebspunktes mit den Initialwerten vorbelegt.
Falls trotzdem eine Abweichung zwischen dem Sollwert des indizierten
Mitteldrucks 25 und dem indizierten Mitteldruck 27 vorliegt,
findet eine Anpassung über
den entsprechenden zweiten PI-Regler 75 statt, wobei nach
einem erneuten Wechsel der Verbrennungsart der entsprechend angepasste
Initialwert gelernt beziehungsweise abgespeichert wird, so dass
die Initialwerte nach mehrmaligem Wechseln optimal für die einzelnen
Zylinder vorliegen.
-
- 1
- Dieselmotor
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Abgasrückführungsventil
- 4
- Verdichter
- 5
- Motorsteuerung
- 21
- Solldrehmoment
- 22
- Motordrehzahl
- 23
- Motortemperatur
- 24
- Frischluftmasse
- 25
- Sollwert
des indizierten Mitteldrucks
- 26
- Brennbeginn
- 27
- indizierter
Mitteldruck
- 28
- Zylinderdruck
relevante Eingaben
- 29
- Motorwassertemperatur
- 30
- Abgasnachbehandlungsstatus
- 31
- Pedalwertgeber
- 32
- Abgasrückführrate
- 33
- korrigierte
Kraftstoffmasse
- 41
- Förderbeginn
- 42
- Förderdauer
- 43
- Stellgröße für Abgasrückführungsventil
- 44
- Sollfrischluftmasse
- 45
- vorgesteuerter
Erwartungswert der Stellgröße für Abgasrückführungssystem
- 46
- Förderbeginnrohwert
- 47
- Förderdauerrohwert
- 48
- Stellgröße für Drosselklappe
- 49
- Betriebszustandsschalter
Abgasrückführung
- 50
- Betriebszustandsschalter
Förderbeginn
- 51
- Abgasrückführrate
- 52
- Sollabgasrückführrate
- 61–69
- Kennfeld
- 71
- PDT1-Regler
- 72
- PI-Regler
- 73
- Regler
- 74
- Linearisierung
- 75
- PI-Regler
- 76a–f
- Auswahlschalter
- 77a–d
- Kennfeldauswahlschalter
- 81–85
- Zwischenwert
- 101
- Momentenstruktur
- 102
- Füllungsmodell
für Niederdruckstrecke einer
Abgasrückführung
- 103
- Zylinderdruckauswerteeinheit
- 104
- Betriebszustandskoordinator
- 105
- Abgasrückführregelung
- 105a
- Sollwertberechnung
der Abgasrückführregelung
- 105b
- Vorsteuerung
der Abgasrückführregelung
- 106
- Förderbeginnberechnungseinheit
- 106a
- konventioneller
Teil der Förderbeginnberechnungseinheit
- 106b
- homogener
Teil der Förderbeginnberechnungseinheit
- 107
- Förderdauerberechnungseinheit
- 108
- Verbrennungslageregelung
- 108a
- Brennbeginnsollwertberechnungseinheit
- 108b
- Brennbeginnregler
- 109
- Regelung
des indizierten Mitteldrucks
- 111–114
- Parameteradaptionseinheit
- 121–124
- Kennfeldauswahleinheit
- 131–132
- Initialisierungseinheit