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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt,
in dem ein Luftmassenstrom einem Brennraum eines Zylinders zuführbar ist.
Ferner umfasst die Brennkraftmaschine je ein Einspritzventil pro
Zylinder zum Zumessen einer Kraftstoffmasse in den Brennraum des
entsprechenden Zylinders. Die Brennkraftmaschine weist auch eine
Lambdaregelung mit einer zugeordneten Lambdasonde auf zur Korrektur
eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum des entsprechenden Zylinders.
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Aus
DE 103 38 058 A1 ist
ein Verfahren bekannt zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit
einer Gemischvorsteuerung, bei der zumindest in Abhängigkeit
von einem angesaugten Luftmassenstrom und/oder einem Saugrohrdruck
eine für
ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambdawert) erforderliche
Zusammensetzung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches bestimmt wird, und
mit einer Lambdaregelung, bei der mit wenigstens eine im Abgasstrom
der Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde, eine Abweichung
des Ist-Lambdawertes von dem vorbestimmten Lambdawert bestimmt und
ein Korrekturwert für
die von der Gemischvorsteuerung bestimmte Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches
bestimmt wird. Gemäß dem Verfahren
werden in einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine nach einem
Start derselben ab einer ersten Temperatur der Brennkraftmaschine,
bei der die Lambdasonde ihre Betriebsbereitschaft erreicht hat,
bis zum Erreichen einer vorbestimmten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
Korrekturwerte für
verschiedene Temperaturwerte der Brennkraftmaschine bestimmt und
abgespeichert. Aus den Korrekturwerten werden neue Korrekturwerte
für Temperaturen
der Brennkraftmaschine unterhalb der ersten Temperatur mittels Extrapolation
bestimmt und abgespeichert. Bei einem nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine
in einem Temperaturbereich der Brennkraftmaschine unterhalb der
ersten Temperatur werden die für
eine momentane Temperatur der Brennkraftmaschine mittels Extrapolation
bestimmten und abgespeicherten Korrekturwerte als Adaptionswerte
auf die von der Gemischtvorsteuerung bestimmte Zusammensetzung des
Luft-Kraftstoff-Gemisches angewendet.
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In
US 6 161 531 A werden
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur adaptiven Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses
bei Kaltstart einer Brennkraftmaschine beschrieben. Im kalten Zustand
der Brennkraftmaschine ist die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses ausgeschaltet. Die
Kraftstoffmasse wird in Abhängigkeit
der Luftmasse und eines Korrekturfaktors bestimmt. Der Korrekturfaktor
wird durch Extrapolation eines Adaptionswertes in Abhängigkeit
der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bestimmt.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die einen zuverlässigen und
effizienten Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß einem
ersten und zweiten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Ansaugtrakt
umfasst, in dem ein Luftmassenstrom einem Brenn raum eines Zylinders
zuführbar
ist. Die Brennkraftmaschine umfasst je ein Einspritzventil pro Zylinder
zum Zumessen einer Kraftstoffmasse in den Brennraum des entsprechenden Zylinders.
Des Weiteren umfasst die Brennkraftmaschine eine Lambdaregelung
mit einer zugeordneten Lambdasonde zur Korrek tur eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum des entsprechenden Zylinders. Dabei wird eine Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine erfasst und ein Sollwert der Luftmasse in
dem Brennraum abhängig
von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt. Bei
deaktiver Lambdaregelung wird ein erster Anpassungswert abhängig von
der erfassten Betriebstemperatur, von dem ermittelten Sollwert der
Luftmasse und einem vorgegebenen ersten Wichtungswert ermittelt.
Ferner wird ein zweiter Anpassungswert abhängig von dem ermittelten Sollwert
der Luftmasse und einem vorgegebenen zweiten Wichtungswert ermittelt.
Darüber
hinaus wird abhängig
von dem ersten und zweiten Anpassungswert die Zumessung der Kraftstoffmasse
und/oder eine Modellierung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse
korrigiert.
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Dies
hat den Vorteil, dass ein Lastsensor zum Betreiben der Brennkraftmaschine
nicht erforderlich ist und somit die Brennkraftmaschine besonders
kostengünstig
herstellbar ist. Ferner wird ein zuverlässiger und emissionsarmer Betrieb
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Betriebstemperatur wird vorzugsweise als Temperatur eines Kühlmediums
der Brennkraftmaschine erfasst, so z. B. des Kühlwassers. Der Sollwert der Luftmasse
wird vorzugsweise anhand eines vorgegebenen Modells ermittelt, wobei
der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beispielsweise durch
eine Drehzahl und eine Last der Brennkraftmaschine repräsentiert wird.
Der erste Anpassungswert repräsentiert
insbesondere einen ersten Luftmassenfehler bei einem Kaltbetrieb
der Brennkraftmaschine. Der Kaltbetrieb ist dadurch charakterisiert,
dass die erfasste Betriebstemperatur kleiner ist als eine vorgegebene
erste Temperaturschwelle. Typischerweise kann dem Kaltbetrieb eine
erste Zeitdauer zugeordnet werden, innerhalb der die Lambdareglung
aufgrund der nicht-betriebswarmen Lambdasonde nicht aktiv ist. Ferner
kann dem Kaltbetrieb eine zweite Zeitdauer zugeordnet werden, in nerhalb
der die Lambdaregelung aktiv ist, die Betriebstemperatur aber immer
noch kleiner ist als die vorgegebene erste Temperaturschwelle. Damit
repräsentiert
der zweite Anpassungswert vorzugsweise einen zweiten Luftmassenfehler
bei aktiver Lambdaregelung im Kalt- und/oder Warmbetrieb.
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Insbesondere
kann die Zumessung der Kraftstoffmasse abhängig und die Modellierung der
dem Brennraum zugeführten
Luftmasse unabhängig
von dem ersten und zweiten Wichtungswert und der Betriebstemperatur
korrigiert werden. Ferner kann aber auch die Modellierung der dem
Brennraum zugeführten
Luftmasse abhängig
und die Zumessung der Kraftstoffmasse unabhängig von dem ersten und zweiten
Wichtungswert und der Betriebstemperatur korrigiert werden. Die
Wichtungswerte sind beispielsweise als Wichtungsfaktoren ausgebildet.
Die Modellierung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse erfolgt vorzugsweise
anhand eines oder mehrerer vorgegebener Luftmassenmodelle, so z.
B. anhand von vorgegebenen Kennfeldern.
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Die
Zumessung der Kraftstoffmasse in den Brennraum der Brennkraftmaschine
umfasst eine direkte Zumessung der Kraftstoffmasse in den Brennraum
und eine Zumessung der Kraftstoffmasse in einen Ansaugtrakt der
Brennkraftmaschine.
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Die
Korrektur der Zumessung der Kraftstoffmasse und/oder der Modellierung
der dem Brennraum zugeführten
Luftmasse erfolgt vorzugsweise im Rahmen einer Vorsteuerung der
Kraftstoffmasse und/oder der Luftmasse.
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Der
erste und zweite Wichtungswert sind vorzugsweise abgespeicherte
Werte, die im Rahmen eines vorherigen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine
ermittelt wurden. Ein Betriebszyklus korreliert zu einer Zeitdauer
von einem Starten der Brennkraftmaschine bis zu einem nachfolgenden
Ausschalten der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts, wird
bei aktiver Lambdaregelung abhängig
von dem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein
Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt und ein
aktuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis
mittels der Lambdasonde erfasst. Ferner wird bei aktiver Lambdaregelung
abhängig
von dem Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dem erfassten
aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
der erste und zweite Wichtungswert angepasst. Des Weiteren wird der
erste Anpassungswert abhängig
von der erfassten Betriebstemperatur, dem ermittelten Sollwert der
Luftmasse und dem angepassten ersten Wichtungswert ermittelt. Der
zweite Anpassungswert wird abhängig
von dem ermittelten Sollwert der Luftmasse und dem angepassten zweiten
Wichtungswert ermittelt. Abhängig
von dem ersten und zweiten Anpassungswert wird die Zumessung der
Kraftstoffmasse und/oder die Modellierung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse
korrigiert. Der erste bzw. zweite Wichtungswert wird bei deaktiver Lambdaregelung
abhängig
von dem angepassten ersten bzw. zweiten Wichtungswert vorgegeben.
Dies hat den Vorteil, dass innerhalb der zweiten Zeitdauer des Kaltbetriebs
neben der Berücksichtigung
der Betriebstemperatur eine Adaption der Wichtungswerte erfolgen
kann und somit ein besonders emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine
ermöglicht
wird. Der Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
wird vorzugsweise anhand eines vorgegebenen Modells ermittelt. Die
Vorgabe des ersten bzw. zweiten Wichtungswertes abhängig von
dem angepassten ersten bzw. zweiten Wichtungswert wird beispielsweise
auch bei einem Start der Brennkraftmaschine ausgeführt. Dabei
kann beispielsweise der angepasste erste bzw. zweite Wichtungswert
dem ersten bzw. zweiten Wichtungswert bei deaktiver Lambdaregelung
zugeordnet sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts,
wird der erste Wichtungswert schneller als der zweite Wichtungswert
angepasst. Die Anpassung ist vorzugsweise um einen Faktor zwei schneller
und ermöglicht
damit eine besonders schnelle Adaption im Kaltbetrieb und somit
einen besonders emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts,
wird die Zumessung der Kraftstoffmasse und/oder die Modellierung
der dem Brennraum zugeführten
Luftmasse unabhängig von
dem ersten Anpassungswert korrigiert, wenn die Betriebstemperatur
größer ist
als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle. Dadurch wird der
erste Anpassungswert nur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs
der Brennkraftmaschine berücksichtigt
und außerhalb
des Temperaturbereichs wird nur der zweite Anpassungswert berücksichtigt
und der zweite Wichtungswert adaptiert. Dies ermöglicht einen emissionsarmen
Betrieb der Brennkraftmaschine ohne Lastsensor, so z. B. ohne einen
Saugrohrdruck- oder Luftmassensensor. Ein Zustand bei dem die Betriebstemperatur
größer ist
als die vorgegebene erste Temperaturschwelle repräsentiert
einen Warmbetrieb der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts
wird der erste Anpassungswert unabhängig von der erfassten Betriebstemperatur
ermittelt, wenn die erfasste Betriebstemperatur kleiner ist als
eine vorgegebene zweite Temperaturschwelle. Die zweite Temperaturschwelle
ist kleiner als die erste Temperaturschwelle. Liegt die Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine im Kaltbetrieb unterhalb der vorgegebenen
zweiten Temperaturschwelle, so z. B. bei einem Starten der Brennkraftmaschine,
erfolgt die Ermittlung des ersten Anpassungswertes nur abhängig von
dem vorgegebenen ersten Wichtungswert und unabhängig von der erfassten Betriebstemperatur.
Dies ermöglicht
einen zuverlässigen
Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere ein zuverlässiges Starten
der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts
wird der erste Anpassungswert abhängig von der erfassten Betriebstemperatur
und der ersten und zweiten Temperaturschwelle ermittelt, wenn die
erfasste Betriebstemperatur kleiner oder gleich der ersten Temperaturschwelle
und größer oder
gleich der zweiten Temperaturschwelle ist. Der erste Anpassungswert
wird abhängig
von dem Wert der erfassten Betriebstemperatur und den Werten der
vorgegebenen ersten und zweiten Temperaturschwelle ermittelt. Dies
ermöglicht
einen zuverlässigen
und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts
wird ein Wert des ersten Wichtungswertes und ein erster Wert des
zweiten Wichtungswertes gespeichert, wenn die Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine gleich der ersten Temperaturschwelle ist.
Ferner wird ein zweiter Wert des zweiten Wichtungswertes zu einem
Ende des jeweiligen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine gespeichert. Zu
Beginn eines nachfolgenden Betriebszyklus der Brennkraftmaschine
wird abhängig
von dem gespeicherten Wert des ersten Wichtungswertes und dem gespeicherten
ersten und zweiten Wert des zweiten Wichtungswertes der erste Wichtungswert
vorgegeben. Dadurch stehen die in einem vorhergehenden Betriebszyklus
adaptierten Werte des ersten und zweiten Wichtungswertes zu Beginn
eines neuen Betriebszyklus zur Verfügung und ermögli chen
somit einen zuverlässigen
Start der Brennkraftmaschine, insbesondere bei sehr kalten Betriebstemperaturen,
und einen effizienten und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
Das Ende des jeweiligen Betriebszyklus korreliert zu einem Ausschaltzeitpunkt
der Brennkraftmaschine und der Beginn des jeweiligen Betriebszyklus
korreliert zu einem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine.
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Die
Erfindung zeichnet sich ferner gemäß einem dritten und vierten
Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Ansaugtrakt umfasst,
in dem ein Luftmassenstrom einem Brennraum eines Zylinders zuführbar ist.
Die Brennkraftmaschine umfasst ferner je ein Einspritzventil pro
Zylinder zum Zumessen einer Kraftstoffmasse in den Brennraum des entsprechenden
Zylinders. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner einen Lastsensor
zur Ermittlung der Luftmasse in dem Ansaugtrakt. Dabei wird eine
Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erfasst und ein Sollwert
der Luftmasse in den Brennraum abhängig von einem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine ermittelt. Eine aktuelle Luftmasse wird mittels
des Lastsensors ermittelt. Abhängig
von dem Sollwert der Luftmasse und der ermittelten aktuellen Luftmasse
wird ein vorgegebener dritter und vierter Wichtungswert vorgegeben.
Ein dritter Anpassungswert wird abhängig von der erfassten Betriebstemperatur,
von dem ermittelten Sollwert der Luftmasse und dem dritten Wichtungswert
ermittelt. Ein vierter Anpassungswert wird abhängig von dem ermittelten Sollwert
der Luftmasse und dem vierten Wichtungswert ermittelt. Abhängig von
dem dritten und vierten Anpassungswert wird die Modellierung der
dem Brennraum zugeführten
Luftmasse korrigiert. Dadurch wird ein zuverlässiger und emissionsarmer Betrieb
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Insbesondere bleibt bei einem vorhandenen Lastsensor eine vorhandene
aktive oder inaktive Lambdaregelung bei der Korrektur der Modellierung
der dem Brennraum zugeführten
Luftmasse unberücksichtigt.
D. h. eine Adaption des dritten und vierten Wichtungswertes erfolgt
vorzugsweise direkt nach dem Starten der Brennkraftmaschine. Somit
berücksichtig
der dritte Anpassungswert neben der erfassten Betriebstemperatur
auch die adaptierten dritten Wichtungswerte und repräsentiert
insbesondere einen Luftmassenfehler bei einem Kaltbetrieb der Brennkraftmaschine. Der
Kaltbetrieb ist dadurch charakterisiert, dass die erfasste Betriebstemperatur
kleiner ist als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle.
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Die
Korrektur der Modellierung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse
erfolgt vorzugsweise im Rahmen einer Vorsteuerung der Luftmasse.
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Der
dritte und vierte Wichtungswert sind vorzugsweise abgespeicherte
Werte, die in einem vorherigen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine
ermittelt und abgespeichert wurden. Der Lastsensor ist vorzugsweise als
Luftmassensensor oder Saugrohrdrucksensor ausgebildet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des dritten und vierten Aspekts werden
ein Wert des dritten Wichtungswertes und ein erster Wert des vierten
Wichtungswertes gespeichert, wenn die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
gleich der dritten Temperaturschwelle ist. Ein zweiter Wert des
vierten Wichtungswertes wird zu einem Ende des jeweiligen Betriebszyklus
der Brennkraftmaschine gespeichert. Zu Beginn eines nachfolgenden
Betriebszyklus der Brennkraftmaschine wird abhängig von dem gespeicherten
Wert des dritten Wichtungswertes und dem gespeicherten ersten und
zweiten Wert des vierten Wichtungswertes der dritte Wichtungswert
vorgegeben. Dadurch stehen die in einem vorhergehenden Betriebszyklus
adaptierten Werte des dritten und vierten Wichtungswertes zu Beginn
eines neuen Betriebszyklus zur Verfügung und ermöglichen
somit einen zuverlässigen
Start der Brennkraftmaschine, insbesondere bei sehr kalten Betriebstemperaturen,
und einen effizienten und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des dritten und vierten Aspekts
wird die Modellierung der dem Brennraum zugeführten Luftmasse unabhängig von
dem dritten Anpassungswert korrigiert, wenn die Betriebstemperatur
größer ist
als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle. Dadurch wird der
dritte Anpassungswert nur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs
der Brennkraftmaschine berücksichtigt
und außerhalb
des Temperaturbereichs wird nur der vierte Anpassungswert berücksichtigt
und der vierte Wichtungswert adaptiert. Dies ermöglicht einen emissionsarmen
Betrieb der Brennkraftmaschine mit Lastsensor. Ein Zustand bei dem
die Betriebstemperatur größer ist
als die vorgegebene dritte Temperaturschwelle repräsentiert
einen Warmbetrieb der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des dritten und vierten Aspekts
wird der dritte Anpassungswert unabhängig von der erfassten Betriebstemperatur
ermittelt, wenn die erfasste Betriebstemperatur kleiner ist als
eine vorgegebene vierte Temperaturschwelle. Die vierte Temperaturschwelle
ist kleiner als die dritte Temperaturschwelle. Liegt die Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine im Kaltbetrieb unterhalb der vorgegebenen
vierten Temperaturschwelle, so z. B. bei einem Starten der Brennkraftmaschine,
erfolgt die Ermittlung des dritten Anpassungswertes nur abhängig von
dem vorgegebenen dritten Wichtungswert und unabhängig von der erfassten Betriebstemperatur.
Dies ermöglicht
einen zuverlässigen
Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere ein zuverlässiges Starten
der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des dritten und vierten Aspekts
wird der dritte Anpassungswert abhängig von der erfassten Betriebstemperatur
und der dritten und vierten Temperaturschwelle ermittelt, wenn die
erfasste Betriebstemperatur kleiner oder gleich der dritten Temperaturschwelle
und größer oder
gleich der vierten Temperaturschwelle ist. Der dritte Anpassungswert
wird abhängig
von dem Wert der erfassten Betriebstemperatur und den Werten der
vorgegebenen dritten und vierten Temperaturschwelle ermittelt. Dies
ermöglicht
einen zuverlässigen
und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Brennkraftmaschine,
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2 schematische
Darstellung einer Adaption,
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3 temperaturabhängige Korrektur,
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4 mehrere
Zeitdiagramme.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit dem gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung für ein Einspritzsystem eines
Kraftfahrzeugs zu bilden, bei dem auf die Verwendung insbesondere
eines Lastsensors zur Messung des Luftmassenstroms oder des Saugrohrdrucks
verzichtet werden kann. Dadurch kann das Gesamtsystem sehr viel
kostengünstiger
hergestellt werden, ohne dass einschlägige Emissionsvorschriften
verletzt werden. Da bei ist eine Kaltadaption für eine kalte Brennkraftmaschine
vorgesehen.
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In
einer Warmadaption wird im Wesentlichen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mittels einer Lambdasonde beobachtet,
deren Messwerte durch Vergleich mit vorgegebenen Modellwerten in
Abhängigkeit
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ausgewertet werden.
Als Betriebsparameter wird eine aktuelle Drehzahl N und eine aktuelle
Last MAF verwendet, wobei die Last MAF einem adaptierbaren Modell
entnommen wird. Die beobachteten Abweichungen werden über eine
Adaption im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine erlernt. Aufgrund
der Struktur der Abweichungen wird versucht zu analysieren, ob die
Ursache für
die Abweichung im Luftpfad und/oder im Kraftstoffpfad aufgetreten
ist. Auf Basis dieser Zuordnung werden iterativ Adaptionswerte ermittelt,
die dann für
eine Korrektur der Vorsteuerung des Einspritzsystems benutzt werden.
Auf diese Weise kann in jedem Betriebszustand des Verbrennungsmotors
sehr genau ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt
werden. Somit ist die Einhaltung relevanter Abgasvorschriften auch
ohne Verwendung eines Lastsensors gewährleistet.
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In
der Kaltadaption wird basierend auf der Beobachtung eines vergrößerten Luftmassenstroms
durch eine Drosselklappe (bei gleicher Klappenstellung) während der
ersten Minuten nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine zusätzliche
Adaptionskorrektur zur Warmadaption abhängig von einer Betriebstemperatur, insbesondere
einer Kühlwassertemperatur,
gelernt und im Wesentlichen zu einer entsprechenden Vorsteuerungskorrektur
der Luftmasse verwendet. Dadurch ist auch bei einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine eine exakte Vorsteuerung einer Einspritzung von
Kraftstoff möglich,
um ohne Lastsensor vorgegebene Emissionsanforderungen einzuhalten.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 1,
beispielsweise einen Benzinmotor, mit einem Zylinder 5,
in dem ein Kolben 4 angeordnet ist, der von einer Pleuelstange 3 alternierend
angetrieben wird und dabei den Kolben 4 auf- oder abwärts bewegt.
Der Brennraum des Zylinders 5 ist über ein Saugrohr 12 mit
einem Ansaugtrakt 10 bzw. mit einem Abgassystem 7 gekoppelt.
Im Ansaugtrakt 10 ist ein Luftfilter 15 angeordnet
und von diesem stromabwärts
eine Drosselklappe 14, mit der ein Luftstrom L mit einer entsprechenden
Luftmasse innerhalb des Ansaugtraktes 10 beispielsweise
direkt oder indirekt über
ein Gaspedal steuerbar ist. Des Weiteren ist das Abgassystem 7 über eine
Abgasrückführung 8 und
einem EGR-Ventil 9 mit dem Saugrohr 12 gekoppelt.
Innerhalb des Saugrohres 12 ist der betriebspunktabhängige Saugrohrdruck Pim
vorhanden. Des Weiteren ist ein Umgebungsdrucksensor vorgesehen
(AMP-Sensor), mit dem ein Umgebungsluftdruck Pamb messbar ist. Weiterhin
ist am Saugrohr 12 ein Einlass 13 zur Kurbelgehäuseentlüftung vorgesehen.
Der Brennraum des Zylinders 5 wird über ein Einlassventil E geöffnet bzw.
geschlossen, so dass über
das Einlassventil E die dem Zylinder 5 zugeführte Frischluft
gesteuert werden kann. Des Weiteren ist am Brennraum ein Auslassventil
A vorgesehen, mit dem der Abgasstrom stromabwärts in Richtung des Abgassystems 7 steuerbar
ist. Weiterhin ist ein Kraftstoffinjektor 17 am Zylinder 5 (Zylinderkopf)
angeordnet, mit dem die entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt
werden kann.
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Am
Ausgang des Zylinders 5 im Bereich des Abgassystems 7 ist
eine Lambdasonde 21 angeordnet, mit dem ein Restsauerstoffgehalt
in dem Abgasstrom erfassbar ist. Die Messwerte der Lambdasonde 21 sind ein
Indikator für
den Lambda-Wert des Luft-Kraftstoff-Gemisches.
Die Lambdasonde 21 ist mit einem Motorsteuergerät (programmierbares
Steuergerät) 20 elektrisch gekoppelt,
das die Messwerte der Lambdasonde 21 in Verbindung mit
einem Lambda-Regler 22 verarbeitet. In dem Motorsteuergerät 20 ist
ein Programm mit einem Algorithmus gespeichert, mit dem entsprechend
einer aktuellen Last aus Modellwerten des Luftpfades des Ansaugtrakts 10 eine
erforderliche Kraftstoffmasse berechnet wird. Dazu ist das Motorsteuergerät 20 mit dem
Kraftstoffinjektor 17 verbunden, der entsprechend angesteuert
werden kann. Des Weiteren ist ein Speicher 23 vorgesehen,
in dem Messdaten, Modelle und Programme mit dem Algorithmus (z.
B. Block 31, 32) gespeichert sind. Ferner ist
für das
Motorsteuergerät 20 ein
Eingang für
eine Drehzahl N vorgesehen. Vorzugsweise ist das Motorsteuergerät 20 ausgebildet,
ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine auszuführen.
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Ausgehend
von Überlegungen,
wie sich verschiedene Toleranzen im Luft- und Kraftstoffpfad auf
einen Lambda-Regler-Ausgang FAC_LAM_COR auswirken, kann die folgende
Struktur der Adaptionsfunktion definiert werden:
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Dabei
stellt der erste Term einen Faktor-Fehler im Luft-/Kraftstoffpfad dar.
Es hat sich gezeigt, dass die durchzuführenden Faktor-Korrekturen
im Luft- und Kraftstoffpfad vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1,
insbesondere durch die Drehzahl N und eine Last, die durch den Luftmassenstrom
pro Arbeitszyklus MAF_STK repräsentiert
wird, abhängen.
Deshalb wird für
die beiden Faktor-Korrekturen, die ohne Lastsensor nur noch als
Summe beobachtet werden können,
die Funktion f(N, MAF) abhängig
von der Drehzahl N und der Last MAF = MAF_STK angesetzt. Diese Funktion
kann beispielsweise durch ein neuronales Netz vom Typ LMN (lokales
Modell Netz) realisiert sein, das durch Wichtungswerte wi parametriert ist.
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Der
zweite Term repräsentiert
einen Offset-Fehler im Kraftstoffpfad. Die daraus resultierende
Faktor-Korrektur ist indirekt proportional zu der Last MAF = MAF_STK.
Der Kraftstoffwichtungswert wMFFOFS ist die zugehörige Proportionalitätskonstante.
Er ist proportional zum Offset-Fehler im Kraftstoffpfad.
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Ferner
repräsentiert
der dritte Term einen Offset-Fehler im Luftpfad. Er kann auch als
zweiter Anpassungswert bezeichnet werden, der einen zweiten Wichtungswert wMAFOFS umfasst.
Hier ist der Gemischfehler indirekt proportional zu einem Sollwert
MAF_SP des Luftmassenstroms (in kg/h) angegeben. Der zweite Wichtungswert wMAFOFS ist
die zugehörige
Proportionalitätskonstante.
Er entspricht dem Offset MAF_OFS des Luftmassenstroms.
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In 2 ist
die Struktur einer durch den Lambda-Regler-Ausgang FAC_LAM_COR geführten Adaptionsfunktion
FAC_LAM_AD dargestellt. Mittels des adaptiven neuronalen Netzes
NN wird die Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD ermittelt (siehe Gleichung
1).
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Die
Auswertung der Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD erfolgt abhängig vom
Betriebszustand, repräsentiert
durch die Drehzahl N und die Last MAF, in einem schnellen Zeitraster,
z. B. 10 ms. Der ermittelte Wert der Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD
wird an die Gemischregelungsfunktion LACO als zusätzliche
multiplikative Korrektur (Vorsteuerung) der Einspritzmenge übergeben.
Im Adaptionsteil, der in einem langsameren Zeitraster, so z. B.
1000 ms durchgeführt
werden kann, werden die Gewichte, die auch als Wichtungswerte bezeichnet
werden, des adap tiven neuronalen Netzes NN immer dahingehend angepasst,
dass stationär
kein Lambda-Regeleingriff mehr erforderlich und somit der Lambda-Regler-Ausgang
FAC_LAM_COR null ist. Adaptionswerte AD repräsentieren die Summe des jeweils
aktuellen Wertes der Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD und dem jeweils
aktuellen Wert des Lambda-Regler-Ausgangs FAC_LAM_COR. Vorzugsweise wird
im Idealfall die gesamte Einspritzmengenkorrektur von dem adaptiven
neuronalen Netz NN übernommen und
so der auf dem Lambda-Signal basierende Lambda-Regler 22 vollständig entlastet.
Dies ermöglicht
eine erhebliche Verbesserung des Emissionsverhaltens, da auch im
dynamischen Betrieb emissionsverschlechternde Abweichungen von der
erwünschten
stöchiometrischen
Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verhindert oder zumindest
erheblich reduziert werden.
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Die
Anpassung (Adaption) der Wichtungswerte w
i,
wMFFOFS ,
wMAFOFS wird in der Motorsteuerung
20 durchgeführt. Hierfür eignet
sich wegen seiner geringen Ressourcenanforderungen und Stabilität beispielsweise
der LMS-Algorithmus (least mean squares). Dabei handelt es sich
um einen echtzeitfähigen,
iterativen Algorithmus zur Lösung
eines Least-Squares-Regressionsproblems. Er kann wie folgt beschrieben
werden: Bei jedem Adaptionsschritt k – 1 -> k wird für ein oder mehrere Wichtungswerte
ein aktualisierter Wert gemäß der Regel
berechnet.
Hierbei ist
x(k)i der i-te Regressor zum Zeitpunkt k, der gemäß geeignet
zu wählenden
Regeln berechnet wird. Die Schrittweiten η
i bestimmen
die Adaptionsgeschwindigkeit und sind durch geeignet gewählte Kalibrationsgrößen realisiert.
Es wird hier ferner auf Oliver Nelles, Nonlinear System Identification,
Springer, Berlin, 2001, S. 62, sowie auf B. Widrow & S. Stearns, Adaptive
Signal Processing, Prentice-Hall,
London, 1985 verwiesen.
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Es
hat sich gezeigt, dass nach einem Ersetzen des Lastsensors durch
die dargestellte Warmadaption ein unkritisches Emissionsverhalten
für eine
betriebswarme Brennkraftmaschine 1 möglich ist. Allerdings treten
beim Kaltstart und Warmlauf erheblich erhöhte Emissionen (v. a. Kohlenwasserstoffe
HC und Kohlenmonoxid CO) auf, die das Erreichen des Emissionsziels
in Frage stellen. Der Warmlauf repräsentiert dabei einen Kaltbetrieb
der Brennkraftmaschine.
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Die
Ursache für
dieses Verhalten liegt darin, dass bei einer kalten Brennkraftmaschine
in erheblichem Maße
andere Luftpfadtoleranzen auftreten als für eine warme Brennkraftmaschine.
Mit dem bisher dargestellten Verfahren werden aber beim Kaltstart
die vorher für
die betriebswarme Brennkraftmaschine adaptierten Wichtungswerte
verwendet, die aber wegen der Temperaturabhängigkeit der Toleranzen nicht
korrekt sind. Ferner wird zeitnah nach dem Kaltstart die Brennkraftmaschine
(Luft- und Kraftstoffpfad)
komplett vorgesteuert betrieben, da die Lambdasonde 21 noch
nicht aktiv und kein Lastsensor vorhanden ist. Eine Kalt-Adaption
für den
Warmlauf trägt
in geeigneter Weise zu einer Begrenzung der HC-Emissionen bei.
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Die
Brennkraftmaschine 1 wird mit dem Ziel eines stöchiometrischen
Gemischs (Lambda = 1) nach dem Start betrieben. Typischerweise wird
der Lambda-Regler 22 erst verzögert nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 aktiviert,
so z. B. 15 Sekunden nach dem Start, aufgrund der noch nicht betriebswarmen
Lambdasonde 21.
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Etwa
90% der während
des Testzyklus emittierten Kohlenwasserstoffe werden in den ersten
30 Sekunden nach dem Start produ ziert. In dieser Zeit wird der Katalysator
auf Betriebstemperatur gebracht und hat noch nicht seine volle Konvertierungsfähigkeit
erreicht.
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In 4 sind
Luftmassenabweichungen (obere Zeile), Lambdawerte vor Katalysator
(mittlere Zeile) und kumulierte HC-Werte (untere Zeile) für das Seriensystem
mit Lastsensor (linke Spalte), das System ohne Lastsensor nur mit
Warm-Adpation (mittlere
Spalte) und mit zusätzlicher
Kalt-Adaption (rechte Spalte) dargestellt. Die gemessenen Werte
sind jeweils für
die ersten 100 Sekunden eines FTP-Tests gezeigt.
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Wie
in 4 gezeigt, treten nach dem Kaltstart große Luftmassenabweichungen
(Modellwert im Vergleich zum Messwert vom HFM) auf, wenn kein Lastsensor
vorhanden ist und nur eine warme Brennkraftmaschine adaptiert wird.
Dies führt
zu entsprechenden Fett-Abweichungen des Gemischs, die zu einem Zeitpunkt t2,
so z. B. 15 Sekunden nach einem Startzeitpunkt t1, zudem noch nicht
von der Lambdaregelung 22 kompensiert werden können. Als
Folge treten sehr hohe Kohlenwasserstoff-Emissionen HC auf. Die positive Auswirkung
einer zusätzlichen
Kalt-Adaption sowohl auf die Luftmassen-Modellgenauigkeit als auch
die Emissionen werden in der rechten Spalte der 4 offensichtlich.
Die hierbei eingesetzte Kalt-Adaption-Funktion wird im Folgenden genauer dargestellt.
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Sie
weist dabei folgende Merkmale auf:
- – in eine
vorhandene (Warm-)Adaption integrierbar,
- – temperaturabhängige Korrektur,
maximal für
eine kalte Brennkraftmaschine,
- – für eine warme
Brennkraftmaschine (Kühlwassertemperatur
TCO über
Schwellenwert) keine Korrektur und kein Lernen,
- – Luftmassen-Korrektur
vom Offset-Typ, d. h. ein zusätzlicher,
temperaturabhängiger
Offset MAF_OFS des Luftmassenstroms soll adaptiert werden,
- – Koordination
mit der schon vorhandenen Adaption des Offsets MAF_OFS des Luftmassenstroms
ist möglich.
-
Die
folgende Erweiterung von Gleichung (3). genügt diesen Anforderungen:
-
Der
vierte Term kann als erster Anpassungswert bezeichnet werden, dessen
erster Wichtungswert
wMAFOFS_TCO als zusätzlicher Offset MAF_OFS des
Luftmassenstroms für
niedrige Temperaturen interpretierbar ist. Der erste Wichtungswert
wMAFOFS_TCO wird
wie die anderen Wichtungswerte gemäß Gleichung (2) adaptiert,
wobei ein Regressor
xMAF,(k)OFS_TCO für
den ersten Wichtungswert als
verwendet wird.
-
Der
Temperaturwert g(TCO) wird bei einer Betriebstemperatur TCO kleiner
als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert C_TCO_BOL als konstanter
Wert vorgegeben und bei einer Betriebstemperatur TCO größer als
ein erster vorgegebener Schwellenwert C_TCO_TOL als null vorgegeben,
d. h. der erste Anpassungswert bleibt bei dieser Betriebstemperatur
unberück sichtigt.
Bei einer Betriebstemperatur TCO von kleiner oder gleich dem ersten
Schwellenwert C_TCO_TOL und größer oder
gleich dem zweiten Schwellenwert C_TCO_BOL ergibt sich der Temperaturwert
g(TCO) abhängig
von den beiden Schwellenwerten und der aktuellen Betriebstemperatur
TCO, die vorzugsweise eine Temperatur eines Kühlmediums, so z. B. Kühlwasser, der
Brennkraftmaschine repräsentiert.
-
Die
sich dabei ergebende zusätzliche,
temperaturabhängige
Korrektur ist in 3 dargestellt. Dabei sind der
erste und zweite Schwellenwert C_TCO_TOL, C_TCO_BOL vorgegeben,
wobei der erste Schwellenwert C_TCO_TOL beispielsweise einen Wert
von 90°C
und der zweite Schwellenwert C_TCO_BOL beispielsweise einen Wert
von 20°C
aufweist.
-
Es
ist erkennbar, dass der erste Anpassungswert für eine warme Brennkraftmaschine 1 (TCO > C_TCO_TOL) keinen
Einfluss auf die Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD hat, was auch die
Adaption nach dem Aufwärmvorgang
beendet. Während
des Warmlaufs, d. h. bei aktivierter Lambdaregelung und Kaltbetrieb,
werden gleichzeitig der erste und zweite Wichtungswert wMAFOFS_TCO , wMAFOFS adaptiert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den ersten Wichtungswert wMAFOFS_TCO schneller
(z. B. um einen Faktor 2) als den zweiten Wichtungswert wMAFOFS zu
lernen. Außerdem
sollte das Lernen des ersten Wichtungswertes wMAFOFS_TCO nur innerhalb
vorgebbarer Temperaturgrenzen zugelassen werden, so z. B. TCO > 10°C und TCO < 80°C.
-
Es
muss sichergestellt sein, dass die gesamte Offset-Korrektur, repräsentiert
durch einen Wert wMAF,afterWUPOFS_TCO des ersten Wichtungswertes wMAFOFS_TCO und
einen ersten Wert wMAF,afterWUPOFS des zweiten Wichtungswertes wMAFOFS ,
die nach dem Warmlauf ge lernt ist, beim nächsten Kaltstart der Brennkraftmaschine
zur Anwendung kommt. Um dies zu erreichen, wird der erste Wert wMAF,afterWUPOFS nach
dem Warmlauf gespeichert. Im Rest des Fahrzyklus kann sich der Wert
des zweiten Wichtungswertes wMAFOFS verändern, so dass er am Ende einen
zweiten Wert wMAF,endOFS annehmen kann. Dann werden der Wert wMAF,endOFS für den Warm-Offset
und wMAF MAF , , a a ft ft erWUPOFS_TCO + wMAF,afterWUPOFS – wMAF,endOFS als
weiterer Wert für
den Kalt-Offset
im nichtflüchtigen
Speicher für
eine Verwendung in einem nächsten
Fahrzyklus gespeichert. Diese Koordination der beiden Wichtungswerte
ist nötig,
um sicher zu stellen, dass ein während
des Warmlaufs adaptierter Gesamtoffset unverändert beim nächsten Kaltstart verwendet
wird.
-
Im
Rahmen der durchgeführten
Emissionstests konnten gute Ergebnisse auch bei Kaltstarts im Bereich
um 0°C erzielt
werden. Für
extreme Kaltstarts könnten
zusätzliche
Veränderungen
vorgenommen werden, so z. B. eine Berücksichtigung eines weiteren
Temperaturwertes g und/oder weitere Adaptionswerte.
-
Um
die Stabilität
der Adaption zu gewährleisten,
werden die oben beschriebenen Adaptionsschritte nur unter folgenden
Bedingungen durchgeführt:
- • kein
oder nur geringer Kraftstoffeintrag durch Tankentlüftung
- • stationärer Betrieb
der Brennkraftmaschine (begrenzte Drehzahl-/Last-Veränderung)
- • Lambda-Regler
aktiv
=> bei
System mit Lambda-Sprungsonde Adaption nur bei stöchiometrischen
Betrieb
- • keine
Schubabschaltung
- • Regressor > Schwellenwert (für jeden
Regressor geeignet zu wählen)
-
Diese
Bedingungen gelten für
alle Adaptionen (warm & kalt),
die grundsätzlich
parallel laufen.
-
Die
dargestellte Kalt-Adaption wurde sehr erfolgreich zur Reduktion
der HC-Emissionen in der Nach-Start-Phase eingesetzt (vgl. 4).
-
Beispielsweise
werden die adaptierten Korrekturen ausschließlich für eine Korrektur des Kraftstoffpfades
eingesetzt. Unter Einführung
eines Kraftstoff-Korrekturwertes FAC_LAM_AD_COR für die Korrektur
im Kraftstoffpfad und eines Luftmassen-Korrekturwertes MAF_COR für die Korrektur
im Luftpfad gilt somit: FAC_LAM_AD_COR
= FAC_LAM_AD(N, MAF)
MAF_COR = 0 (5)
-
Hierbei
entspricht die Adaptionsfunktion FAC_LAM_AD der Gleichung (1).
-
Insbesondere
ist es auch möglich,
den Fehler am Ort seiner Ursache, also im Luftpfad, zu korrigieren. In
Erweiterung von Gleichung (5) ergibt sich somit folgende Vorschrift
für die
Berechnung einer Luft- und Kraftstoffpfad-Korrektur:
-
Die
additive Korrektur im Luftpfad korrigiert gemäß Gleichung (7) den Sollwert
MAF_SP des Luftmassenstromes, so dass sich ein korrigierter Wert
des Luftmassenstromes MAF_KGH ergibt: MAF_KGH
= MAF_SP + MAF_OFS (7)
-
Insbesondere
ist unter Ausnutzung von Vorwissen über typische Toleranzen von
dem Luft- und Kraftstoffpfad eine noch weitergehende Aufteilung
der gelernten Korrektur vorteilhaft. So kann man mit einer geeignet
zu wählenden
Kalibrationskonstante C_FAC_DISTR eine beliebige Aufteilung der
Faktor-Korrektur f(N, MAF) auf beide Pfade erreichen:
-
Die
entwickelte Adaptionsstrategie ermöglicht für das gewählte Basissystem den Betrieb
ohne Lastsensor unter Einhaltung des ULEV/LEV2-Emissionsgrenzwertes.
Untersuchungen mit reduzierter Abgasreinigungsanlage zeigten die
Robustheit.
-
Bei
Systemen mit Lastsensor erfolgt typischerweise bereits eine Adaption
eines vierten Wichtungswertes wMAFOFS2 . Allerdings wird hier dieser
vierte Wichtungswert wMAFOFS2 nicht wie oben beschrieben aus dem
Lambda-Regel-Ausgang FAC_LAM_COR gelernt, sondern direkt aus der
Regelabweichung eines vorgegebenen Saugrohrmodells AR_RED_DIF_REL,
die sich wiederum aus dem Unterschied zwischen gemessener und modellierter
Luftmasse ergibt. Für
einen stationären
Motorbetrieb ist die Regelabweichung AR_RED_DIF_REL gleich der prozentualen
Abweichung der (unkorrigierten) modellierten Luftmasse vom Messwert.
Die Korrektur des Luftpfades durch die Adaption wird dann entsprechend
der folgenden Vorschrift berechnet MAF_OFS
= wMAFOFS2 . (9)
-
In
Analogie zu dem oben dargestellten Vorgehen für den Fall ohne Lastsensor
können
bei Systemen mit Lastsensor zwei Korrekturen separat für Luft-
und Kraftstoffpfad gelernt werden. Die Struktur der Adaptionsfunktionen
ist dann beispielsweise:
-
Hierbei
ist der Temperaturwert g(TCO) vorzugsweise entsprechend der Gleichung
(3) definiert. Die gelernte Luftpfadkorrektur FAC_MAF_AD und die
gelernte Kraftstoffpfadkorrektur FAC_MFF_AD können dem Luft- bzw. Kraftstoffpfad
zugeordnet werden. Entsprechend werden der Luftmassen-Korrekturwert
MAF_COR und der Kraftstoff-Korrekturwert FAC_LAM_AD_COR für die beiden
Pfade berechnet:
-
Hierbei
ist die Luftpfadkorrektur MAF_OFS eine absolute Korrektur und die
Kraftstoff-Korrekturwert FAC_LAM_AD_COR eine relative Korrektur.
Die Lernregeln ergeben sich analog zu der Gleichung (2): w(k),MAFi = w(k-1),MAFi + ηi·xMAF,(k)i ·e(k),MAF
e(k),MAF =
AR_RED_DIF_REL(k)
w(k),MFFi = w(k-1),MFFi + ηi·xMFF,(k)i ·e(k),MFF
e(k),MFF =
FAC_LAM_COR(k) (12)
-
Die
Regressoren sind wie folgt definiert:
xMAF,(k)i = abhängig vom
verwendet en neuronalen Netz geeignet zu wählen xMFF,(k)i =
abhängig
vom verwendet en neuronalen Netz geeignet zu wählen -
Eine
weitere Anwendung des vorgestellten Verfahrens ergibt sich durch
den Übergang
von einer adaptiven Korrektur zu einer Vorsteuerungskorrektur. Dieser
Weg bietet sich an, wenn zumindest ein Teil der Adaptionswerte nur
geringen Schwankungen unterliegt. Unter der Annahme, dass solche
z. B. durch Serienstreuung oder Alterungseinflüsse verursachten Effekte für den temperaturabhängigen Offset-Massenstrom
kaum relevant sind, wird nachfolgend der Übergang vom adaptiven zum vorgesteuerten
System für
dieses Beispiels aufgezeigt.
-
Durch
Vermessung der temperaturabhängigen
Luftmassenabweichungen kann der erste Wichtungswert wMAFOFS_TCO bestimmt
werden. Dieser wird anschließend
fest in einem Speicher des Motorsteuergeräts abgelegt. Für diesen
Wichtungswert wird dann keine Adaption mehr durchgeführt.
-
Ferner
kann auch die Abhängigkeit
des Produkts des ersten Wichtungswertes wMAFOFS_TCO mit dem Temperaturwert
g(TCO) vermessen und als Kennlinie abgelegt werden.
-
Die
Berechnung der Korrekturen von Luft- bzw. Kraftstoffpfad erfolgt
weiterhin wie in den Gleichung (8) für den Fall ohne Lastsensor
und gemäß Gleichungen
(10), (11) bei vorhandenem Lastsensor.
-
In
dieser Anwendung wird also lediglich eine zusätzliche temperaturabhängige Vorsteuerungskorrektur
des Luftpfades vorgenommen. Die Vorteile hinsichtlich der verbesserten
Modellgenauigkeit sind die gleichen wie bei der adaptiven Korrektur.
Nachteilig ist im Vergleich die fehlende Selbstanpassung an eventuell vorhandene
Serienstreuung oder Alterungseinflüsse. Falls die Annahme einer
hauptsächlich
durch thermische Ausdehnung verursachten Luftmassenabweichung korrekt
ist, sollten solche Effekte kaum relevant sein.
-
Ein
großer
Vorteil der dargestellten kalibrativen Korrektur ist, dass sie jederzeit
vorhanden ist und nicht erst gelernt werden muss. Dies ist insbesondere
bei einem extremen Kaltstart nach einem Löschen der Adaptionswerte von
Bedeutung. Wegen des erheblichen Ausmaßes der notwendigen Korrektur
ist für
Systeme ohne Lastsensor ohne sie unter solchen Umgebungsbedingungen
kein Start mehr möglich.
Da ein Löschen
der Adaptionswerte schon durch eine Unterbrechung der Spannungsversorgung
des Steuergerätes
ausgelöst
werden kann, ist dieses Problem durchaus praxisrelevant.
-
Selbstverständlich kann
auch eine Kombination von adaptiver und kalibrativer Korrektur vorteilhaft
eingesetzt werden.
-
Zusammenfassend
lassen sich folgende Hauptmerkmale und Vorteile angeben:
- • Modellierter
Luftmassenstrom durch Drosselklappe wird temperaturabhängig korrigiert
- • Korrektur
erfolgt durch zusätzlichen,
temperaturabhängigen
ersten Anpassungswert, der für
die betriebswarme Brennkraftmaschine verschwindet
- • mögliche Interpretation:
veränderte
Geometrie des Luftspalts in der Drosselklappe bei einer warmen Brennkraftmaschine
wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Platte und Gehäuse
- • das
Ausmaß der
Korrektur kann durch Kalibration, Adaption oder eine Kombination
davon festgelegt werden
- • das
Verfahren ist vorteilhaft mit der Warm-Adaption kombinierbar und
ermöglicht
so den Betrieb einer Brennkraftmaschine ohne Lastsensor bei gleichzeitiger
Einhaltung anspruchsvoller Emissionsgrenzwerte.
-
In 4 sind
Verläufe
K1_1, K2_1, K3_1 einer MAF-Abweichung über der
Zeit t dargestellt. Der erste Verlauf der MAF-Abweichung K1_1 ist
auf das Seriensystem mit Lastsensor, der zweite Verlauf K2_1 auf
das System ohne Lastsensor nur mit Warm-Adaption und der dritte
Verlauf K3_1 auf das System ohne Lastsensor mit Kalt- und Warm-Adaption
bezogen.
-
Der
Zeitpunkt t1 repräsentiert
einen Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine. Der Zeitpunkt t2 repräsentiert
einen Zeitpunkt von ungefähr
15 s nach dem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine.
-
In
der mittleren Zeile sind Verläufe
K1_2, K2_2, K3_2 von Lambda-Werte λ vor dem Katalysator über der
Zeit t dargestellt. Der erste Verlauf K2_1 kennzeichnet die Lambdawerte
vor dem Katalysator bei dem Seriensystem mit Lastsensor, der zweite
Verlauf K2_2 kennzeichnet die Lambdawerte bei dem System ohne Lastsensor
nur mit Warm-Adaption und der dritte Verlauf K3_2 kennzeichnet die
Lambdawerte bei dem System ohne Lastsensor mit Kalt- und Warm-Adaption.
-
In
der unteren Zeile sind verschiedene Verläufe unterschiedlicher Schadstoffemissionen
dargestellt, die im Rahmen eines Emissionstestes ermittelt wurde.
So repräsentieren
die Verläufe
K1_3–K3_3
THC-Emissionen für
das jeweilige System. Die Verläufe
K1_4–K3_4
repräsentieren
CO-Emissionen, die Verläufe K1_5–K3_5 repräsentieren
NOx-Emissionen und die Verläufe
K1_7–K3_7
repräsentieren
CO2-Emissionen. Die Verläufe
K1_6–K3_6
repräsentieren
die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einem entsprechenden System.
