DE102020112754B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) mit wenigstens einem Zylinder, dem mittels wenigstens eines Einlassventils (4) Frischgas zugeführt wird, wobei die dem Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet und dem Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt wird, und wobei nach der Verbrennung ein Istverbrennungsluftverhältnis und eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt werden, wobei aus der Differenz ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge oder die Frischgasmenge bestimmt und unter Zuordnung zu einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine (2) unter Berücksichtigung einer anhand eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine (2) ermittelten Totzeit abgespeichert wird, wobei bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der zumindest einen Zustandsgröße ausgelesen und während eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine (2) zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, dem mittels wenigstens eines Einlassventils Frischgas zugeführt wird, wobei die dem Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet und dem Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt wird, und wobei nach der Verbrennung ein Istverbrennungsluftverhältnis und eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift US 2015 / 0 377 170 A1 bekannt. Diese beschreibt ein System zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Parameters.
  • Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 41 42 155 A1 ein digitales adaptives Regelungssystem, das jeweils bei Eintritt einer ersten Bedingung einen Lernwert berechnet und speichert. Das Regelungssystem weist folgende Funktionsgruppen auf: einen Lernwertspeicher, der die Lernwerte in Speicherstellen speichert, die über Wertebereiche mindestens einer Betriebsgröße adressierbar sind; ein Lernzählerfeld mit einem Lernzähler pro Speicherstelle des Lernwertspeichers, wobei jeder Lernzähler dann inkrementiert wird, wenn in die zugeordnete Speicherstelle ein neuer Lernwert eingeschrieben wird; eine Zwangslerneinrichtung, die den Lernwert in einer Speicherstelle durch einen mit Hilfe der Lernwerte anderer Speicherstellen bestimmten Wert ersetzt, wenn bei Eintritt einer zweiten Bedingung der Stand des zugeordneten Lernzählers höchstens einen unteren Grenzstand erreicht und dadurch zeigt, daß für den dieser Speicherstelle zugeordneten Wertebereich von Betriebsgrößen kaum gelernt wurde; und eine Rückstelleinrichtung, die bei Eintritt einer zyklisch auftretenden dritten Bedingung zumindest diejenigen Lernzähler, deren Zählstand unter einem vorgegebenen Wert bleibt, auf einen Anfangsstand rückstellt, der höchstens dem unteren Grenzstand entspricht.
  • Die Druckschrift DE 196 12 453 A1 beschreibt eine Basiseinspritzmenge darstellende Basiseinspritzzeit wird über die Vorgabe eines Lambdasoltwertes vorgesteuert, wobei dieser Lambdasollwert durch eine koordinierte Berechnung mittels Minimal-/und Maximalauswahlen aus einer Vielzahl unterschiedlicher, von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine abgeleiteter Lambdaanforderungen ermittelt wird. Den verschiedenen Lambdaanforderungen sind dabei unterschiedliche Prioritäten zugeordnet.
  • Aus der Druckschrift US 5 924 281 A ist ein System zum Einstellen eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine bekannt und in der Druckschrift DE 38 25 749 A1 wird auf ein Verfahren zur adaptiven Steuerung einer Brennkraftmaschine eingegangen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere während eines instationären Betriebs beziehungsweise bei einem Lastwechsel der Brennkraftmaschine einen effizienten Betrieb und/oder einen Betrieb mit geringeren Abgasemissionen derselben ermöglicht. Hierdurch kann eine Abgasnachbehandlungseinrichtung entlastet werden.
  • Dies wird mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass aus der Differenz ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge oder die Frischgasmenge bestimmt und unter Zuordnung zu einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung einer anhand eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine ermittelten Totzeit abgespeichert wird, wobei bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der zumindest einen Zustandsgröße ausgelesen und während eines instationären Betriebs der brennkraftmaschine zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.
  • Das Verfahren dient zum Betreiben der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und ausgebildet. In diesem Fall dient die Brennkraftmaschine der Bereitstellung eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Brennkraftmaschine weist den wenigstens einen Zylinder auf. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine auch über mehrere Zylinder verfügen. In diesem Fall ist der wenigstens eine Zylinder Bestandteil dieser mehreren Zylinder. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung auf den Zylinder oder den wenigstens einen Zylinder eingegangen wird, so sind die Ausführungen äquivalent. Verfügt die Brennkraftmaschine über die mehreren Zylinder, so sind die Ausführungen für den Zylinder beziehungsweise den wenigstens einen Zylinder zudem vorzugsweise auf jeden der mehreren Zylinder übertragbar.
  • Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dem Zylinder über das wenigstens eine Einlassventil Frischgas zugeführt. Das Frischgas enthält zumindest Frischluft, welches einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine entnommen wird. In der Frischluft ist Sauerstoff enthalten. Optional kann das Frischgas Abgas enthalten. In diesem Fall verfügt die Brennkraftmaschine über eine Abgasrückführung, mittels welcher von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas nach seinem Abführen aus dem Zylinder diesem wieder über das Einlassventil zugeführt wird.
  • An der Brennkraftmaschine wird ein Sollverbrennungsluftverhältnis eingestellt, mit welchem die Brennkraftmaschine beziehungsweise der wenigstens eine Zylinder betrieben wird. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dem Zylinder eine bestimmte Frischgasmenge zugeführt. Diese wird beispielsweise aus einer Sollleistung ermittelt, welche an der Brennkraftmaschine eingestellt ist. Nach dem Zuführen der Frischgasmenge in den Zylinder und dem Ermitteln der Frischgasmenge wird aus der Frischgasmenge die Kraftstoffmenge berechnet, welche dem Zylinder zum Erzielen des Sollverbrennungsluftverhältnisses zugeführt werden muss. Anschließend wird dem Zylinder Kraftstoff entsprechend dieser berechneten Kraftstoffmenge zugeführt und zusammen mit dem Frischgas verbrannt.
  • Das hierbei entstehende Abgas wird aus dem Zylinder abgeführt, insbesondere über wenigstens ein Auslassventil. Nach der Verbrennung des Kraftstoffs mit dem Frischgas, insbesondere nach dem Ausstoßen des Abgases aus dem Zylinder, wird anhand des Abgases das Istverbrennungsluftverhältnis bestimmt. Hierzu ist bevorzugt ein entsprechender Sensor, beispielsweise eine Lambdasonde, vorgesehen, welcher insbesondere von dem Abgas angeströmt und/oder überströmt wird. Nachfolgend wird die Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt.
  • Beispielsweise kann es nun vorgesehen sein, anhand der Differenz eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine durchzuführen. Diese dient dazu, das Istverbrennungsluftverhältnis auf das Sollverbrennungsluftverhältnis zu regeln. Die zwischen diesen vorliegende Differenz stellt insoweit die Regeldifferenz dar. Als Stellgröße für die Lambdaregelung wird bevorzugt die Kraftstoffmenge herangezogen. Das bedeutet, dass im Rahmen der Lambdaregelung die Kraftstoffmenge derart geregelt wird, dass das Istverbrennungsluftverhältnis sich in Richtung des Sollverbrennungsluftverhältnisses verändert oder diesem entspricht. Diese Vorgehensweise ist insbesondere während eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine sinnvoll, also während der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine konstant bleibt. Der Betriebspunkt ist beispielsweise gekennzeichnet durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment beziehungsweise Antriebsdrehmoment.
  • Insbesondere im Falle eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine, während welchem sich der Betriebspunkt verändert, wird erfindungsgemäß jedoch eine andere Vorgehensweise bevorzugt. Gemäß dieser wird aus der Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge oder die Frischgasmenge bestimmt. Unter dem Korrekturwert ist hierbei ein Wert zu verstehen, mit welchem die aus der Frischgasmenge berechnete Kraftstoffmenge oder die ermittelte Frischgasmenge verändert werden muss, um das Istverbrennungsluftverhältnis in Richtung des Sollverbrennungsluftverhältnisses zu verändern, insbesondere derart, dass das Istverbrennungsluftverhältnis mit dem Sollverbrennungsluftverhältnis übereinstimmt. Der auf diese Art und Weise bestimmte Korrekturwert wird dem Istwert der zumindest einen Zustandsgröße der Brennkraftmaschine zugeordnet und zusammen mit dieser abgespeichert. In anderen Worten ist nach dem Abspeichern der Korrekturwert dem Istwert der Zustandsgröße zugeordnet.
  • Erfindungsgemäß erfolgt dies derart, dass eine Totzeit innerhalb der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird. Zusätzlich kann eine Abgaslaufzeit berücksichtigt werden. Der Korrekturwert wird also bevorzugt nicht demjenigen Istwert zugeordnet, der nach dem Bestimmen des Korrekturwerts vorliegt. Vielmehr wird er dem Istwert zugeordnet, der zu dem Zeitpunkt vorlag, in welchem dem Zylinder die Frischgasmenge und/oder die Kraftstoffmenge zugeführt wurde und der somit zu der Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis geführt hat. Beispielsweise wird der Istwert entsprechend zwischengespeichert, bis der ihm zuzuordnende Korrekturwert ermittelt ist. Erst anschließend, also zeitversetzt, wird der Korrekturwert dem Istwert zugeordnet und zusammen mit diesem abgespeichert. Die Totzeit und - optional - die Abgaslaufzeit wird anhand des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine ermittelt. Der Betriebspunkt ist insbesondere durch die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine gekennzeichnet.
  • Bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge, beispielsweise in einem nachfolgenden Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, wird der Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der Zustandsgröße ausgelesen und nachfolgend zum Korrigieren der Kraftstoffmenge herangezogen. Insoweit wird bei dem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge zunächst überprüft, ob für den Istwert der Zustandsgröße bereits ein Korrekturwert abgespeichert wurde. Ist dies der Fall, so wird dieser ausgelesen und zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet. Wurde zuvor kein Korrekturwert für den Istwert der Zustandsgröße hinterlegt, so wird der Korrekturwert auf einen Standardwert, beispielsweis auf null, gesetzt.
  • Anschließend wird der Korrekturwert zum Korrigieren der Kraftstoffmenge herangezogen. Nachfolgend wird wieder, wie bereits erläutert, das Istverbrennungsluftverhältnis ermittelt und aus diesem die Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis berechnet. Weicht das Istverbrennungsluftverhältnis von dem Sollverbrennungsluftverhältnis ab, ist also die Differenz von null verschieden, so wird aus der Differenz wiederum der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge bestimmt, insbesondere ausgehend von dem bereits zuvor abgespeicherten Korrekturwert, und (erneut) unter Zuordnung zu dem Istwert der Zustandsgröße abgespeichert. Insoweit erfolgt bevorzugt ein iteratives Bestimmen des Korrekturwerts für den jeweiligen Istwert der Zustandsgröße.
  • Durch das Inbeziehungsetzen des Korrekturwerts zu dem Istwert der Zustandsgröße erfolgt eine situationsbezogene Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine. Wird die Brennkraftmaschine eine Zeit lang betrieben, so liegen nachfolgend für zahlreiche unterschiedliche Istwerte der Zustandsgröße Korrekturwerte vor, sodass für unterschiedliche Istwerte der Zustandsgröße ein zielgerichtetes Korrigieren der Kraftstoffmenge erfolgen kann. Hierdurch wird ein besonders effizienter und/oder emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine erzielt, insbesondere während eines instationären Betriebs. Besonders bevorzugt wird die beschriebene Vorgehensweise verwendet, insbesondere nur dann, falls ein Gradient der Drehzahl der Brennkraftmaschine von null verschieden und/oder ein Gradient des von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmoments von null verschieden ist. Anderenfalls kann die bereits vorstehend erwähnte herkömmliche Lambdaregelung durchgeführt werden. Dies erhöht die Effizienz der Brennkraftmaschine weiter.
  • Besonders bevorzugt erfolgt das Abspeichern des Korrekturwerts zylinderindividuell. Das bedeutet, dass der Korrekturwert für genau denjenigen Zylinder hinterlegt wird, für welchen er bestimmt wurde. Auch das Korrigieren der Kraftstoffmenge erfolgt insoweit zylinderindividuell, nämlich mit demjenigen Korrekturwert, welcher für die den jeweiligen Zylinder bereits hinterlegt wurde. Auf diese Art und Weise können konstruktive Toleranzen der Brennkraftmaschine auf besonders effektive Art und Weise ausgeglichen werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Istverbrennungsluftverhältnis mittels einer Lambdasonde ermittelt wird. Die Lambdasonde ist in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordnet, über welche das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas, insbesondere das gesamte von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas, in Richtung einer Außenumgebung abgeführt wird. Die Lambdasonde ist insoweit strömungstechnisch zwischen der Brennkraftmaschine und einem Endrohr der Abgasleitung angeordnet, über welches das Abgas in die Außenumgebung der Brennkraftmaschine abgeführt wird. Die Lambdasonde ist bevorzugt derart angeordnet, dass sie von dem die Abgasleitung durchströmenden Abgas angeströmt und/oder überströmt wird. Hierdurch wird eine besonders genaue Ermittlung des Istverbrennungsluftverhältnisses erzielt. Insbesondere erfolgt ein Messen des Istverbrennungsluftverhältnisses mithilfe der Lambdasonde; es liegt also keine reine Modellierung des Istverbrennungsluftverhältnisses vor.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Zylinder Teil mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine ist und das Istverbrennungsluftverhältnis zylinderindividuell ermittelt wird, insbesondere in einer an die mehreren Zylinder strömungstechnisch angeschlossenen gemeinsamen Abgasleitung. Die Brennkraftmaschine verfügt insoweit über mehrere Zylinder, die den vorstehend erwähnten Zylinder beziehungsweise wenigstens einen Zylinder umfassen. Das Ermitteln des Istverbrennungsluftverhältnisses erfolgt zylinderindividuell. Das bedeutet, dass für jede in einem der Zylinder erfolgende Verbrennung nachfolgend das Istverbrennungsluftverhältnis für genau diese Verbrennung ermittelt wird.
  • Beispielsweise erfolgt dies durch Messen mittels der Lambdasonde, wobei das aus der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas der jeweiligen Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder zeitlich zugeordnet wird. Hierzu sind beispielsweise die mehreren Zylinder, insbesondere alle Zylinder der Brennkraftmaschine, strömungstechnisch an dieselbe Abgasleitung angeschlossen, welche insoweit als gemeinsame Abgasleitung bezeichnet werden kann. Die Lambdasonde ist der gemeinsamen Abgasleitung zugeordnet, insbesondere ragt sie in diese hinein oder ist in dieser angeordnet. Entsprechend kann die zylinderindividuelle Ermittlung des Istverbrennungsluftverhältnisses auf einfache Art und Weise erfolgen.
  • Die Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert zum Korrigieren der Kraftstoffmenge während eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine verwendet wird, insbesondere nur während des instationären Betriebs. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Das beschriebene Vorgehen mit dem Ermitteln des Korrekturwerts und dem Zuordnen des Korrekturwerts zu dem Istwert der Zustandsgröße ist vor allem während des instationären Betriebs der Effizienz der Brennkraftmaschine zuträglich, weil während des instationären Betriebs die übliche Lambdaregelung nicht oder lediglich teilweise die gewünschte Wirkung entfaltet.
  • Vielmehr läuft die mittels der Lambdaregelung ermittelte Kraftstoffmenge stets der tatsächlich benötigten Kraftstoffmenge hinterher, weil die Lambdaregelung stets eine Totzeit beinhaltet, welche beispielsweise durch die Zeit bestimmt wird, welche das Abgas zum Durchströmen der Strecke zwischen dem Zylinder und der Lambdasonde benötigt. Das beschriebene Verfahren ist hingegen von einer derartigen Totzeit nahezu unabhängig, weil der ermittelte Korrekturwert, insbesondere der zylinderindividuell ermittelte Korrekturwert, stets dem Istwert der Zustandsgröße zugeordnet abgespeichert wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest während eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine mittels einer Lambdaregelung ein globaler Korrekturwert ermittelt wird, der unabhängig von dem Istwert der Zustandsgröße zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird. Auf die Verwendung der Lambdaregelung wurde bereits hingewiesen. Die Lambdaregelung wird bevorzugt zumindest während des stationären Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt. Besonders bevorzugt erfolgt sie jedoch auch während des instationären Betriebs der Brennkraftmaschine und insoweit permanent.
  • Mithilfe der Lambdaregelung wird der globale Korrekturwert ermittelt, mit welcher die aus der Frischgasmenge berechnete Kraftstoffmenge korrigiert wird. Beispielsweise ist es vorgesehen, die Kraftstoffmenge zunächst mit dem globalen Korrekturwert und erst anschließend mit dem Korrekturwert zu korrigieren, welcher für den momentan vorliegenden Istwert der Zustandsgröße ausgelesen wurde. Insoweit erfolgt eine zweistufige Korrektur der Kraftstoffmenge, um ein besonders genaues Ergebnis zu erzielen. Somit wird ein besonders effizienter und/oder emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine umgesetzt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als zumindest eine Zustandsgröße wenigstens eine der folgenden Zustandsgrößen verwendet wird: Drehzahl der Brennkraftmaschine, Drehmoment der Brennkraftmaschine, Drehzahlgradient der Drehzahl, Drehmomentgradient des Drehmoments, Drosselklappenstellung und Drosselklappenstellungsgradient. Die Drehzahl und/oder das Drehmoment beschreiben den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, wie bereits erläutert. Sie ermöglichen auf besonders einfache Art und Weise die Zuordnung des Korrekturwerts.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Drehzahlgradient oder das Drehmomentgradient als Zustandsgröße herangezogen werden. Unter dem Drehzahlgradient ist der Gradient der Drehzahl über der Zeit und unter dem Drehmomentgradient der Gradient des Drehmoments über der Zeit zu verstehen. Der Drehzahlgradient und der Drehmomentgradient ermöglichen eine besonders genaue Beschreibung des momentanen Zustands der Brennkraftmaschine während des instationären Betriebs. Die Drosselklappenstellung beschreibt eine Drosselung der Brennkraftmaschine. Beispielsweise wird die Drosselklappenstellung in Form eines Drosselklappenwinkels angegeben.
  • Grundsätzlich kann für jede der genannten Zustandsgrößen ein Istwert und/oder ein Sollwert verwendet werden. Unter dem Sollwert ist derjenige Wert zu verstehen, der für die jeweilige Zustandsgröße an der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Der Istwert ist derjenige Wert, der sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine einstellt.
  • Selbstverständlich kann auch eine andere Zustandsgröße zusätzlich oder alternativ zu den bereits benannten Zustandsgrößen herangezogen werden. Als Beispiele für solche Zustandsgrößen seien die Temperatur, insbesondere eine Umgebungstemperatur, ein Druck, insbesondere ein Umgebungsluftdruck, und eine Kraftstoffzusammensetzung genannt. Die Verwendung des Istwerts eines der genannten Parameter ermöglicht einen besonders effizienten und/oder emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert den Istwerten mehrerer Zustandsgrößen zugeordnet abgespeichert wird. Der Korrekturwert wird also nicht lediglich dem Istwert einer einzigen Zustandsgröße zugeordnet abgespeichert. Vielmehr wird er mehreren Istwerten zugeordnet, wobei die Istwerte für voneinander separate Zustandsgrößen vorliegen. Beispielsweise werden als Zustandsgrößen zwei oder mehr der vorstehend genannten Zustandsgrößen verwendet. Bevorzugt wird der Korrekturwert in einem mehrdimensionalen Datenfeld abgespeichert, welches von den Istwerten der mehreren Zustandsgrößen aufgespannt wird.
  • Der Korrekturwert wird also nicht den Istwerten separat zugeordnet abgespeichert, sondern es erfolgt eine Zuordnung zu den Istwerten gemeinsam. Dies erfolgt derart, dass sich der Korrekturwert nachfolgend als Funktion der Istwerte der mehreren Zustandsgrößen ergibt. In anderen Worten wird bei dem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für die dann vorliegenden Istwerte der mehreren Zustandsgrößen ausgelesen und zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet. Hierdurch wird die Effizienz der Brennkraftmaschine weiter verbessert.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge iterativ ermittelt wird. Dies bedeutet, dass - wie bereits erläutert - während eines Betriebs der Brennkraftmaschine zum Berechnen der Kraftstoffmenge zunächst die Frischgasmenge ermittelt und aus dieser die Kraftstoffmenge berechnet wird. Anschließend wird geprüft, ob für den momentan vorliegenden Istwert der Zustandsgröße bereits der Korrekturwert hinterlegt ist. Ist dies der Fall, so wird dieser ausgelesen und zum Korrigieren der Kraftstoffmenge herangezogen. Ist noch kein Korrekturwert hinterlegt, so wird beispielsweise der Korrekturwert auf einen Standardwert gesetzt und ebenfalls zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet.
  • Anschließend wird das bei der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder auftretende Istverbrennungsluftverhältnis ermittelt und die Differenz zu dem Sollverbrennungsluftverhältnis bestimmt. Aus der Differenz wird der Korrekturwert (erneut) ermittelt und für den Istwert der Zustandsgröße hinterlegt, für welchen zuvor der Korrekturwert ausgelesen wurde. Der ausgelesene Korrekturwert wird also mit dem neu bestimmten Korrekturwert überschrieben, sodass sich eine schrittweise Korrektur der Kraftstoffmenge ergibt. Die Genauigkeit der ermittelten Kraftstoffmenge wird insoweit mit der Zeit erhöht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Frischgasmenge mittels eines Massenstromsensors gemessen oder mithilfe eines Modells berechnet wird, wobei bei einem Übereinstimmen von Istverbrennungsluftverhältnis und Sollverbrennungsluftverhältnis eine korrigierte Frischgasmenge aus der Kraftstoffmenge berechnet und der Korrekturwert für die Frischgasmenge aus der ermittelten Frischgasmenge und der korrigierten Frischgasmenge berechnet und abgespeichert wird. Grundsätzlich wird also im Rahmen des Ermittelns der Frischgasmenge diese gemessen oder berechnet. Anschließend wird die vorstehend bereits erläuterte Vorgehensweise zur Korrektur der Kraftstoffmenge durchgeführt, bis die Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis gleich null ist oder zumindest ein Absolutwert der Differenz kleiner als ein Grenzwert ist.
  • In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Korrektur der Kraftstoffmenge abgeschlossen ist, sodass der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge alle Abweichungen für den Istwert der Zustandsgröße beseitigt oder zum indest weitgehend beseitigt. Ist die genannte Bedingung erfüllt, wird aus der Kraftstoffmenge und dem Sollverbrennungsluftverhältnis die korrigierte Frischgasmenge berechnet, insbesondere aus der korrigierten Kraftstoffmenge. Anschließend wird aus der ursprünglich ermittelten Frischgasmenge und der korrigierten Frischgasmenge der Korrekturwert berechnet, welcher insbesondere in Form einer Differenz zwischen der ermittelten Frischgasmenge und der korrigierten Frischgasmenge oder umgekehrt vorliegt. Dann wird der Korrekturwert für die Frischgasmenge analog zu dem Korrekturwert für die Kraftstoffmenge unter Zuordnung zu dem Istwert der zumindest einen Zustandsgröße der Brennkraftmaschine abgespeichert.
  • Vorzugsweise ist es vorgesehen bei einem nachfolgenden Ermitteln der Frischgasmenge diese mit dem Korrekturwert für den jeweiligen Istwert der Zustandsgröße zu korrigieren. Im Zuge des Ermittelns des Korrekturwerts für die Frischgasmenge wird davon ausgegangen, dass eine Korrektur der Kraftstoffmenge nicht mehr notwendig ist. Entsprechend wird der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge zurückgesetzt, nämlich auf den Standardwert, beispielsweise auf null.
  • Sollte nachfolgend das Istverbrennungsluftverhältnis trotz der korrigierten Frischgasmenge von dem Sollverbrennungsluftverhältnis abweichen, so wird zunächst wiederum der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge auf die beschriebene Art und Weise ermittelt und erst bei einem Übereinstimmen von Istverbrennungsluftverhältnis und Sollverbrennungsluftverhältnis , zumindest im Rahmen der Toleranz, der Korrekturwert für die Frischgasmenge ermittelt, insbesondere erneut ermittelt, und abgespeichert. Diese Vorgehensweise ermöglicht ein besonders effizientes und/oder emissionsarmes Betreiben der Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine dazu vorgesehen und ausgebildet ist, dem Zylinder mittels wenigstens eines Einlassventils Frischgas zuzuführen, wobei die dem Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet und dem Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt wird, und wobei nach der Verbrennung ein Istverbrennungsluftverhältnis und eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt werden.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine weiter dazu ausgebildet ist, aus der Differenz einen Korrekturwert für die Kraftstoffmenge zu bestimmen und unter Berücksichtigung einer anhand eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine ermittelten Totzeit einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine zugeordnet abzuspeichern, wobei bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der zumindest einen Zustandsgröße ausgelesen und während eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf die entsprechenden Ausführungen hingewiesen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine,
    • 2 ein Diagramm, in welchem eine Sollluftmenge, eine Istluftmenge, eine Istkraftstoffmenge und ein Verbrennungsluftverhältnis vor einer Optimierung über der Zeit aufgetragen sind,
    • 3 ein Diagramm, in welchem die genannten Größen während einer Optimierung über der Zeit aufgetragen sind, sowie
    • 4 ein Diagramm, in welchem die genannten Größen nach Abschluss der Optimierung über der Zeit aufgetragen sind.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments über eine Brennkraftmaschine 2. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 2 mehrere Zylinder mit jeweils einem Brennraum 3 auf. Jeder der Zylinder verfügt über wenigstens ein Einlassventil 4 und wenigstens ein Auslassventil 5.
  • Durch jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder Frischgas zugeführt werden, wohingegen durch jedes der Auslassventile 5 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder entweichen kann, nämlich in Richtung einer Abgasleitung 6. Während eines Betriebs der Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 2 erzeugt diese Abgas, welche über die Abgasleitung 6 in Richtung einer Außenumgebung abgeführt wird. Hierzu wird das Abgas zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 zugeführt und anschließend in die Außenumgebung abgeführt, beispielsweise über ein auf die Abgasleitung 6 folgendes Endrohr 8.
  • Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 wird jedem der Zylinder über das jeweilige Einlassventil 4 Frischgas zugeführt, wobei die dem jeweiligen Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet wird. Nachfolgend wird dem entsprechenden Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt. Nach der Verbrennung wird ein Istverbrennungsluftverhältnis ermittelt. Zudem wird eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis berechnet. Aus der Differenz wird ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge oder die Frischgasmenge bestimmt und unter Zuordnung zu einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine 2 abgespeichert.
  • Bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge wird der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der Zustandsgröße ausgelesen und zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet. Dies erfolgt iterativ, bis das Istverbrennungsluftverhältnis dem Sollverbrennungsluftverhältnis entspricht, zumindest unter Berücksichtigung einer Toleranz. Ist die genannte Bedingung erfüllt, so wird aus der unkorrigierten Kraftstoffmenge und dem Sollverbrennungsluftverhältnis eine korrigierte Frischgasmenge berechnet.
  • Aus dieser korrigierten Frischgasmenge und der ermittelten Frischgasmenge wird ein Korrekturwert für die Frischgasmenge ermittelt und abgespeichert, nämlich wiederum unter Zuordnung zu dem Istwert der zumindest einen Zustandsgröße der Brennkraftmaschine 2. Gleichzeitig kann der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge für diesen Istwert zurückgesetzt werden, beispielsweise auf einen Standardwert. Mithilfe des Korrekturwerts für die Frischgasmenge kann die in den jeweiligen Zylinder eingebrachte Frischgasmenge aus einer gemessenen oder mittels eines Modells berechneten Frischgasmenge mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
  • Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Verlauf 9 eine Sollfrischgasmenge über der Zeit t zeigt. Die Sollfrischgasmenge hängt beispielsweise von einer Sollleistung der Brennkraftmaschine 2 ab und weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Anstieg auf. Ein Verlauf 10 zeigt eine Istfrischgasmenge über der Zeit t. Es wird deutlich, dass die Istfrischgasmenge der Sollfrischgasmenge hinterhereilt. Weiterhin zeigt ein Verlauf 11 die berechnete Kraftstoffmenge und ein Verlauf 12 das Istverbrennungsluftverhältnis. Es zeigt sich, dass das Istverbrennungsluftverhältnis während eines Zeitfensters im Bereich des Anstiegs der Sollluftmenge eine starke Abweichung von seinem Mittelwert aufweist. Diese Abweichung resultiert insbesondere aus einem Fehler bei dem Ermitteln der Frischgasmenge, die der Verlauf 10 zeigt.
  • Die 3 zeigt ein Diagramm, welches erneut mit den Verläufen 9, 10, 11 und 12 die Sollfrischgasmenge, die Istfrischgasmenge, die Kraftstoffmenge und das Istverbrennungsluftverhältnis über der Zeit zeigt. Die gezeigten Verläufe ergeben sich für einen Zeitpunkt, zu welchem bereits Korrekturwerte für die Kraftstoffmenge berechnet und abgespeichert worden sind. Der abgespeicherte Korrekturwert liegt insoweit den hier gezeigten Verläufen zugrunde. Es wird deutlich, dass die Verläufe 9 und 10 mit den Verläufen 9 und 10 der 2 übereinstimmen. Es ergibt sich jedoch eine geänderte Kraftstoffmenge, wie dem Verlauf 11 zu entnehmen ist. Aus dieser resultierte eine geringere Abweichung des Istverbrennungsluftverhältnisses von seinem Mittelwert, wie von dem Verlauf 12 verdeutlicht.
  • Die 4 zeigt erneut ein Diagramm, in welchem die Verläufe 9, 10, 11 und 12 gemäß der vorstehenden Definition dargestellt sind. Die gezeigten Verläufe treten für den Fall auf, dass der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge mit einer solchen Genauigkeit ermittelt worden ist, dass das Istverbrennungsluftverhältnis dem Sollverbrennungsluftverhältnis entspricht, zumindest unter Berücksichtigung einer bestimmten Toleranz. In diesem Fall wird, wie bereits erläutert, die korrigierte Frischgasmenge aus der korrigierten Kraftstoffmenge berechnet, sodass der Korrekturwert für die Frischgasmenge vorliegt und zum Korrigieren desselben herangezogen werden kann.
  • Diese Korrektur zeigt sich in dem Verlauf 10. Der Verlauf 10 der Frischgasmenge wird der Berechnung der Kraftstoffmenge zugrunde gelegt, wie sie der Verlauf 11 zeigt. Aufgrund der korrigierten Frischgasmenge ergibt sich ein Verlauf des Istverbrennungsluftverhältnisses, welches nahezu ohne Abweichungen seinem Mittelwert entspricht oder um seinen Mittelwert pendelt. Dies zeigt der Verlauf 12.
  • Mit der beschriebenen Brennkraftmaschine 2 beziehungsweise dem beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 2 wird eine äußerst hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln der benötigten Kraftstoffmenge und der in die Zylinder eingebrachten Frischgasmenge erzielt. Insoweit ist ein äußerst effizienter und/oder emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine 2 durchgeführt.
  • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 1
    Antriebseinrichtung
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Brennraum
    4
    Einlassventil
    5
    Auslassventil
    6
    Abgasleitung
    7
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    8
    Endrohr
    9
    Verlauf
    10
    Verlauf
    11
    Verlauf
    12
    Verlauf

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) mit wenigstens einem Zylinder, dem mittels wenigstens eines Einlassventils (4) Frischgas zugeführt wird, wobei die dem Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet und dem Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt wird, und wobei nach der Verbrennung ein Istverbrennungsluftverhältnis und eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt werden, wobei aus der Differenz ein Korrekturwert für die Kraftstoffmenge oder die Frischgasmenge bestimmt und unter Zuordnung zu einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine (2) unter Berücksichtigung einer anhand eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine (2) ermittelten Totzeit abgespeichert wird, wobei bei einem nachfolgenden Berechnen der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der zumindest einen Zustandsgröße ausgelesen und während eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine (2) zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Istverbrennungsluftverhältnis mittels einer Lambdasonde ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Zylinder Teil mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine (2) ist und das Istverbrennungsluftverhältnis zylinderindividuell ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest während eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine (2) mittels einer Lambdaregelung ein globaler Korrekturwert ermittelt wird, der unabhängig von dem Istwert der Zustandsgröße zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als zumindest eine Zustandsgröße wenigstens eine der folgenden Zustandsgrö-ßen verwendet wird: Drehzahl der Brennkraftmaschine (2), Drehmoment der Brennkraftmaschine (2), Drehzahlgradient der Drehzahl, Drehmomentgradient des Drehmoments, Drosselklappenstellung und Drosselklappenstellungsgradient.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert den Istwerten mehrerer Zustandsgrößen zugeordnet abgespeichert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Korrekturwert für die Kraftstoffmenge iterativ ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frischgasmenge mittels eines Massenstromsensors gemessen oder mithilfe eines Modells berechnet wird, wobei bei einem Übereinstimmen von Istverbrennungsluftverhältnis und Sollverbrennungsluftverhältnis eine korrigierte Frischgasmenge aus der Kraftstoffmenge berechnet und der Korrekturwert für die Frischgasmenge aus der ermittelten Frischgasmenge und der korrigierten Frischgasmenge berechnet und abgespeichert wird.
  9. Brennkraftmaschine (2) mit wenigstens einem Zylinder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (2) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, dem Zylinder mittels wenigstens eines Einlassventils Frischgas zuzuführen, wobei die dem Zylinder zugeführte Frischgasmenge ermittelt und aus der Frischgasmenge anhand eines vorgegebenen Sollverbrennungsluftverhältnisses eine Kraftstoffmenge berechnet und dem Zylinder Kraftstoff entsprechend der Kraftstoffmenge zugeführt und mit dem Frischgas verbrannt wird, und wobei nach der Verbrennung ein Istverbrennungsluftverhältnis und eine Differenz zwischen dem Istverbrennungsluftverhältnis und dem Sollverbrennungsluftverhältnis ermittelt werden, wobei die Brennkraftmaschine (2) weiter dazu ausgebildet ist, aus der Differenz einen Korrekturwert für die Kraftstoffmenge zu bestimmen und unter Berücksichtigung einer anhand eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine (2) ermittelten Totzeit einem Istwert zumindest einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine (2) zugeordnet abzuspeichern, wobei bei einer nachfolgenden Berechnung der Kraftstoffmenge der zugeordnete Korrekturwert für den dann vorliegenden Istwert der zumindest einen Zustandsgröße ausgelesen und während eines instationären Betriebs der Brennkraftmaschine (2) zum Korrigieren der Kraftstoffmenge verwendet wird.
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