EP1436492B1 - Verfahren und vorrichtung sowie computerprogramm zur steuerung eines verbrennungsmotors - Google Patents

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EP1436492B1
EP1436492B1 EP02754402A EP02754402A EP1436492B1 EP 1436492 B1 EP1436492 B1 EP 1436492B1 EP 02754402 A EP02754402 A EP 02754402A EP 02754402 A EP02754402 A EP 02754402A EP 1436492 B1 EP1436492 B1 EP 1436492B1
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EP
European Patent Office
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gravity
combustion
variable
ignition angle
centre
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02754402A
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English (en)
French (fr)
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EP1436492A1 (de
Inventor
Patrick Hochstrasser
Christina Sauer
Gholamabas Esteghlal
Juergen Schiemann
Georg Mallebrein
Eberhard Klein
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1436492B1 publication Critical patent/EP1436492B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1002—Output torque
    • F02D2200/1004—Estimation of the output torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque

Definitions

  • the invention relates to a method and a device as well as a computer program for controlling an internal combustion engine.
  • a torque model is used for the internal combustion engine, which is used both for determining the manipulated variables and for determining the actual variables.
  • the key point of this model is that operating point-dependent an optimum torque of the engine and an optimal ignition angle is determined, which are then corrected by means of efficiency values according to the current setting of the internal combustion engine.
  • DE 195 45 221 A1 (US Pat. No. 5,832,897) provides for correcting the value for the optimum ignition angle as a function of factors influencing the efficiency of the internal combustion engine, such as exhaust gas recirculation rate, engine temperature, intake air temperature, valve overlap angle, etc.
  • FIG. 5 shows an overview image of a motor control in which the sketched model is used.
  • This model is particularly tailored to systems with variable valve timing, where high inert gas rates, especially internal inert gas rates, can occur with significant valve overlap.
  • Essential in this torque model is the combustion center, which is referred to as the crankshaft angle at which a certain amount of combustion energy is converted, preferably half the combustion energy. It has been found that the location of the combustion center has a decisive influence on the conversion of the chemical combustion energy into the indicated engine torque. Measurements show that there is a general relationship between combustion center and indicated torque, which is essentially independent of engine speed, engine load and residual gas content. It has been found that a complete information about the course of the torque characteristic is included in a characteristic curve of the combustion center over the firing angle.
  • the coefficients of such a polynomial contain the characteristic information of the mixture in the combustion chamber in terms of gas mass, composition, temperature and charge motion. If, as described above, the combustion center of gravity is introduced as an intermediate variable, two dependencies result for the ignition angle efficiency: on the one hand for all loads, speeds and residual gas rates a fixed relationship to the combustion center and on the other hand an operating point-dependent relationship of the combustion center in dependence of the ignition angle. It is therefore possible to determine the relationship of the ignition angle efficiency over the ignition angle by introducing the combustion center of gravity as an intermediate variable.
  • the second order polynomial Since the model is used both for the determination of control variables from nominal values and for the determination of actual variables from measured operational variables, the second order polynomial has proven to be a suitable description of the relationship between combustion focal point and ignition angle because of its simple invertibility. However, in other applications higher order polynomials or other mathematical functions are also used to approximate the relationship if it proves to be appropriate in the particular environment (e.g., increased accuracy, etc.).
  • FIG. 1 shows the determination of the indicated actual torque miist.
  • the optimum torque value is formed depending on the engine speed nmot and load rl. This is corrected in a correction point 202 with the efficiency etarri, preferably corrected. This is speed - and restgäsdorfentouch and is determined in the map 204.
  • the efficiency etarri describes the deviation with respect to the valve overlap from the standard value.
  • the efficiency value etarri is formed in the map 204 in response to signals representing an inert gas rate by internal and external exhaust gas recirculation.
  • a signal rri has been found for the internal and external inert gas rate, which is calculated as a function of the position of the exhaust gas recirculation valve and the inlet and outlet valve position.
  • the inert gas rate describes the proportion of inert gas in the total intake gas mass.
  • Another way of calculating the inert gas rate is based on the temperature of the recirculated exhaust gas flow, lambda, the current air charge and the exhaust gas pressure.
  • the efficiency etarri is read from the map 204.
  • a signal wnw has proven to be suitable, which represents the opening angle (relative to crankshaft or camshaft) of the intake valve.
  • the position of a charge movement flap or a size is used that represents the stroke and the phase of the opening of the intake valves.
  • the corrected to this optimal torque value is then corrected in a further correction stage 205 with the lambda efficiency etalam (preferably multiplied), which is determined in a characteristic curve 206 depending on the measured lambda value.
  • the optimum torque value is then corrected (multiplied) in the correction stage 208 with the ignition angle efficiency etazwist which is determined in a procedure (210) described below as a function of load rl, engine speed nmot, inert gas rate rri and the set ignition angle zwist. If the base ignition angle is used instead of the actual ignition angle, the output variable of the correction stage 208 will not be the indicated actual torque miist, but, as above, the base torque mibas.
  • the determination of the Zündwinkel fürsgrades etazwist taking into account the focus of combustion is in the flowchart 3 of an example shown.
  • the example shown there shows an approximation of a second-order polynomial.
  • the factors A, B and C of the polynomial are determined in 250 depending on operational quantities such as load, engine speed and inert gas rate. This is done in the context of predetermined maps.
  • the set Istzündwinkel is multiplied in a multiplication stage 252 with the parameter B.
  • the square of the Istzündwinkels is formed, which is then multiplied in the multiplication stage 256 with the coefficient A.
  • the results of multiplication stages 252 and 256 are added in 258.
  • the sum is added to the coefficient C in 260.
  • the result is the angle of the center of gravity of the combustion, which is converted by means of a characteristic curve 262 into the ignition angle efficiency etazwist.
  • the characteristic curve 262 is predetermined and represents the generally valid characteristic curve of the ignition angle efficiency over the angle of the combustion center of gravity.
  • FIG. 2 shows a flowchart for determining the desired filling value, which is then converted into a setpoint value for the throttle valve position of the internal combustion engine, taking into account an intake manifold model. This is then set as part of a position control.
  • the predetermined target torque value misoll is divided in the division stage 300 by the lambda efficiency etalam, which is determined according to the procedure of FIG.
  • the corrected in this way setpoint torque value is divided in a further division stage 302 by the efficiency of Sollzündwinkels etazwsoll.
  • This Sollzündwinkel Obersgrad is specified here, for example, as torque reserve at idle, as torque reserve for catalyst heating, etc.
  • the corrected in 302 target torque is then converted in a map 304 in accordance with the engine speed nmot in the Greungssollwert rlsoll, which then serves to adjust the air supply to the engine.
  • the determination of the desired ignition angle to be set is shown in FIG.
  • the combustion focus is again used as an intermediate variable, the approximation being derived by means of the polynomial theorem already known from FIG.
  • the calculation of the Sollzündwinkels is performed at a given Sollzündwinkel Obersgrad, engine speed and given Frischgas- and residual gas filling, with an inversion of the polynomial function is used.
  • a characteristic curve is used which represents the angle of the focal point of combustion above the ignition angle efficiency.
  • the predetermined Sollzündwinkel Obersgrad is thus implemented in the characteristic curve 350 in a desired angle for the focal point of combustion wvbsoll.
  • the coefficients C, B and A of the polynomial function are determined in accordance with characteristic variables, characteristic curves or tables in function of operating variables such as load, rotational speed and inert gas rate rri.
  • the coefficient C is linked in the connection point 354 with the setpoint of the combustion center of gravity.
  • the desired value of the combustion center is subtracted from the coefficient.
  • division 356 the result of this combination is then divided by the coefficient A. The latter is multiplied by a factor of -2 in a multiplication stage 358.
  • the coefficient B is divided by the coefficient A multiplied by the value -2.
  • the result is then through the Multiplication step 362 squared and the link 364 supplied. There the squared expression is linked to the result of the division stage 356, in particular the latter value is subtracted from the former.
  • the root is extracted from the result and fed to another link 368. There, the root is subtracted from the result of the divisional point 360 and in this way the set desired ignition angle zwsoll is formed.
  • the maps and characteristic curves used for the calculation of the model are determined in the context of the application for each engine type, if necessary using the software tool mentioned above.
  • FIG. 5 shows a control unit 400 which comprises an input circuit 402, an output circuit 404 and a microcomputer 406. These components are connected to a bus system 408. Via input lines 410 and 412 to 416, the operating variables to be evaluated for motor control, which are detected by measuring devices 418, 420 to 424, are supplied. The operating variables necessary for model range are shown above. The detected and possibly processed operating variable signals are then read in via the bus system 408 from the microcomputer. In microcomputer 406 itself, there in its memory are the instructions filed as a computer program used for model calculation. This is symbolized by 426 in FIG.
  • the model results which if necessary in other, not darg Robinsonen Programs are further processed, are then supplied by the microcomputer via the bus system 408 of the output circuit 404, which then outputs control signal as manipulated variables eg for setting the ignition angle and the air supply and measured variables such as the actual torque miist.

Landscapes

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei im Rahmen der Berechnung von Istgrössen und/oder Stellgrössen ein Momentenmodell Verwendung findet. Dabei wird im Rahmen der Momentenmodellberechnung der Verbrennungsschwerpunkt berücksichtigt, welcher den Winkel darstellt, bei dem ein gewisser Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines Verbrennungsmotors.
  • Aus der DE 42 39 711 A1 (US-Patent 5,558,178) ist zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bekannt, einen Sollwert für ein Drehmoment des Verbrennungsmotors in eine Stellgröße zur Beeinflussung der Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor, zum Einstellen des Zündwinkels und/oder zum Ausblenden bzw. Zuschalten der Kraftstoffzufuhr zu einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors umzusetzen. Darüber hinaus ist aus der WO-A 95/24550 (US-Patent 5,692,471) zusätzlich die Beeinflussung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses zur Realisierung des vorgegebenen Drehmomentenwertes bekannt. Ferner wird bei den bekannten Lösungen das Istmoment des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung der aktuellen Motoreinstellung (Füllung, Kraftstoffzumessung und Zündwinkel) berechnet. Dabei werden u.a. Motordrehzahl, Last (Luftmasse, Druck, etc.) und ggf. die Abgaszusammensetzung herangezogen.
  • Im Rahmen dieser Berechnungen wird ein Momentenmodell für den Verbrennungsmotor verwendet, welches sowohl zur Bestimmung der Stellgrößen als auch zur Bestimmung der Istgrößen eingesetzt wird. Kernpunkt dieses Modells ist, daß betriebspunktabhängig ein optimales Drehmoment des Verbrennungsmotors und ein optimaler Zündwinkel bestimmt wird, die dann mittels Wirkungsgradwerten entsprechend der aktuellen Einstellung des Verbrennungsmotors korrigiert werden.
  • Zur Optimierung dieses Modells ist aus der DE 195 45 221 A1 (US-Patent 5,832,897) vorgesehen, den Wert für den optimalen Zündwinkel abhängig von den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine beeinflussenden Größen wie Abgasrückführrate, Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, Ventilüberschneidungswinkel, etc. zu korrigieren.
  • In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß diese bekannte Lösung noch optimiert werden kann, insbesondere hinsichtlich der Einfachheit der Applikation, der Optimierung der Rechenzeit und/oder der Berücksichtigung der Arbeitspunktabhängigkeit der Korrektur des optimalen Zündwinkels, insbesondere der Abhängigkeit von der Inertgasrate. Insbesondere zeigt das bekannte Momentenmodell in einigen'Betriebszuständen nicht zufriedenstellende Ergebnisse. Derartige Betriebszustände sind insbesondere Zustände mit hohen Inertgasraten im Brennraum, d.h. Zustände mit einem großen Anteil von Inertgas (durch externe oder innere Abgasrückführung), die durch Überschneidung von Ein- und Auslaßventilöffnungszeiten hervorgerufen werden und vor allem bei kleinen bis mittleren Frischgasfüllungen auftreten. Außerdem sind es Betriebszustände mit hoher Ladungsbewegung. Die berechneten Basisgrößen führen dazu, daß mit der bekannten Vorgehensweise eine genaue Momentberechnung nicht erreicht wird, da diese Effekte nicht ausreichend berücksichtigt sind.
    • Vorteile der Erfindung
  • Durch die Berücksichtigung der Lage des Verbrennungsschwerpunktes, d.h. des Kurbelwellenwinkels, an dem ein bestimmter Teil (z.B. die Hälfte) der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, im Rahmen der Modellberechnungen wird die Genauigkeit des mit dem Modell berechneten Motormoments bei hohen Inertgasraten und kleinen Füllungen verbessert, die Applizierbarkeit vereinfacht und das Momentenmodell auf Motoren mit magerer Verbrennung oder Motoren mit Ladungsbewegungsklappe oder Motoren mit steuerbaren Ein- und Auslaßventilen angepaßt.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. In den Figuren 1 bis 4 sind Ablaufdiagramme für eine bevorzugte Ausführung eines Momentenmodells mit Berücksichtigung des Verbrennungsschwerpunkts dargestellt. Figur 5 zeigt ein Übersichtbild einer Motorsteuerung, bei der das skizzierte Modell Anwendung findet.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In den Figuren 1 bis 4 sind Ablaufdiagramme dargestellt, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Optimierung eines Momentenmodells für einen Verbrennungsmotor darstellen. Die einzelnen Blöcke stellen dabei Programme, Programmteile oder Programmschritte eines Mikrocomputers einer elektronischen Motorsteuereinheit dar, während die Pfeile den Informationsfluß repräsentieren.
  • Dieses Modell ist insbesondere auf Systeme mit variabler Ventilsteuerung zugeschnitten, bei denen hohe Inertgasraten, insbesondere interne Inertgasraten, bei nennenswerter Ventilüberschneidung vorkommen können. Wesentlich bei diesem Momentenmodell ist der Verbrennungsschwerpunkt, welcher als der Kurbelwellenwinkel bezeichnet wird, an dem eine bestimmte Menge der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, vorzugsweise die Hälfte der Verbrennungsenergie. Es hat sich gezeigt, daß die Lage des Verbrennungsschwerpunktes einen entscheidenden Einfluß auf die Umsetzung der chemischen Verbrennungsenergie in indiziertes Motormoment hat. Messungen zeigen, daß es einen allgemeinen Zusammenhang zwischen Verbrennungsschwerpunkt und indiziertem Moment gibt, der im Wesentlichen unabhängig ist von Motordrehzahl, Motorlast und Restgasgehalt. Dabei hat sich ergeben, daß eine vollständige Information über den Verlauf der Momentencharakteristik in einer Kennlinie des Verbrennungsschwerpunktes über dem Zündwinkel enthalten ist. Diese Kennlinien lassen sich mit einer mathematischen Näherungsfunktion beschreiben, die nur wenige Parameter enthält, beispielsweise mit einem Polynom zweiter Ordnung: vbs = a * zw 2 + b * zw + c
    Figure imgb0001
     (vbs Verbrennungsschwerpunkt [°KW], zw Zündwinkel [°KW], a, b, c Kooeffizienten)
  • Die Koeffizienten eines solchen Polynoms enthalten dabei die charakteristische Information des im Brennraum sich befindlichen Gemisches hinsichtlich Gasmasse, Zusammensetzung, Temperatur und Ladungsbewegung. Wird, wie oben beschrieben, der Verbrennungsschwerpunkt als Zwischengröße eingeführt, so ergeben sich für den Zündwinkelwirkungsgrad zwei Abhängigkeiten: zum einen für alle Lasten, Drehzahlen und Restgasraten eine feste Beziehung zum Verbrennungsschwerpunkt und zum anderen eine betriebspunktabhängige Beziehung des Verbrennungsschwerpunktes in Abhängigkeit des Zündwinkels. Es läßt sich also durch Einführung des Verbrennungsschwerpunktes als Zwischengröße der Zusammenhang des Zündwinkelwirkungsgrades über dem Zündwinkel ermitteln.
  • Da das Modell sowohl für die Bestimmung von Steuergrößen aus Sollgrößen als auch zur Bestimmung von Istgrößen aus gemessenen Betriebsgrößen eingesetzt wird, hat sich das Polynom zweiter Ordnung wegen seiner einfachen Invertierbarkeit als eine geeignete Beschreibung der Beziehung zwischen Verbrennungsschwerpunkt und Zündwinkel herausgestellt. In anderen Anwendung werden jedoch auch Polynome höherer Ordnung oder andere mathematische Funktionen zur näherungsweisen Beschreibung der Beziehung herangezogen, wenn diese sich im jeweiligen Umfeld als geeignet erweisen (z.B. erhöhte Genauigkeit, etc.).
  • Die Ablaufdiagramme der Figuren 1 bis 4 zeigen ein Realisierungsbeispiel, wie diese Erkenntnis hinsichtlich des Verbrennungsschwerpunktes umgesetzt wird.
  • Figur 1 zeigt dabei die Bestimmung des indizierten Istmomentes miist. In einem ersten Kennfeld 200 wird abhängig von Motordrehzahl nmot und Last rl der optimale Momentenwert gebildet. Dieser wird in einer Korrekturstelle 202 mit dem Wirkungsgrad etarri korrigiert, vorzugsweise korrigiert. Dieser ist drehzahl - und restgäsrätenabhängig und wird im Kennfeld 204 ermittelt. Der Wirkungsgrad etarri beschreibt die Abweichung bezüglich der Ventilüberschneidung vom Normwert. Der Wirkungsgradwert etarri wird im Kennfeld 204 in Abhängigkeit von Signalen gebildet, die eine Inertgasrate durch interne und externe Abgasrückführung repräsentieren.
  • Als geeignet hat sich ein Signal rri für die interne und externe Inertgasrate erwiesen, welches in Abhängigkeit der Stellung des Abgasrückführventils und der Ein- und Auslaßventilstellung berechnet wird. Die Inertgasrate beschreibt dabei den Anteil des Inertgases an der gesamten angesaugten Gasmasse. Eine andere Art der Berechnung der Inertgasrate beruht auf der Temperatur des rückgeführten Abgasstromes, Lambda, der aktuellen Luftfüllung und dem Abgasdruck. In Abhängigkeit dieses Signals rri und der Motordrehzahl nmot wird der Wirkungsgrad etarri aus dem Kennfeld 204 ausgelesen. Zur Berücksichtigung der Ladungsbewegung hat sich ein Signal wnw als geeignet erwiesen, welches den Öffnungswinkel (bezogen auf Kurbelwelle oder Nockenwelle) des Einlaßventils repräsentiert. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Stellung einer Ladungsbewegungsklappe oder eine Größe herangezogen, die den Hub und die Phase der Öffnung der Einlaßventile repräsentiert.
  • Der auf diese korrigierte optimale Momentenwert wird dann in einer weiteren Korrekturstufe 205 mit dem Lambdawirkungsgrad etalam korrigiert (vorzugsweise multipliziert), der in einer Kennlinie 206 abhängig von dem gemessenen Lambdawert ermittelt wird. Der optimale Momentenwert wird dann in der Korrekturstufe 208 mit dem Zündwinkelwirkungsgrad etazwist korrigiert (multipliziert), welcher in einer nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise (210) in Abhängigkeit von Last rl, Motordrehzahl nmot, Inertgasrate rri und dem eingestelltem Zündwinkel zwist ermittelt wird. Wird anstelle des Istzündwinkels der Basiszündwinkel eingesetzt, so wird als Ausgangsgröße der Korrekturstufe 208 nicht das indizierte Istmoment miist, sondern wie oben das Basismoment mibas erscheinen.
  • Die Bestimmung des Zündwinkelwirkungsgrades etazwist unter Berücksichtigung des Verbrennungsschwerpunktes ist im Ablaufdiagramm der Figur 3 an einem Beispiel dargestellt. Das dort gezeigte Beispiel zeigt einen Näherungsansatz über ein Polynom zweiter Ordnung. Zunächst werden in 250 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie Last, Motordrehzahl und Inertgasrate die Faktoren A, B und C des Polynoms bestimmt. Dies erfolgt im Rahmen von vorgegebenen Kennfeldern. Daraufhin wird der eingestellte Istzündwinkel in einer Multiplikationsstufe 252 mit dem Parameter B multipliziert. In einer Multiplikationsstufe 254 wird das Quadrat des Istzündwinkels gebildet, welches dann in der Multiplikationsstufe 256 mit dem Koeffizienten A multipliziert wird. Die Ergebnisse der Multiplikationsstufen 252 und 256 werden in 258 addiert. Die Summe wird in 260 zum Koeffizienten C addiert. Ergebnis ist der Winkel des Verbrennungsschwerpunktes, der mittels einer Kennlinie 262 in den Zündwinkelwirkungsgrad etazwist umgewandelt wird. Die Kennlinie 262 ist dabei vorgegeben und stellt die allgemein gültige Kennlinie des Zündwinkelwirkungsgrades über dem Winkel des Verbrennungsschwerpunktes dar.
  • Das gezeigte Momentenmodell eignet sich nicht nur zur Bestimmung von Istgrößen aus Betriebsgrößen, sondern auch umgekehrt zur Bestimmung von Stellgrößen aus Sollgrößen. Diese Vorgehensweise ist anhand der Ablaufdiagramme der Figuren 2 und 4 dargestellt. Figur 2 zeigt dabei ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Sollfüllungswertes, der dann unter Berücksichtigung eines Saugrohrmodells in einen Sollwert für die Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine umgesetzt wird. Dieser wird dann im Rahmen einer Lageregelung eingestellt. Der vorgegebene Sollmomentenwert misoll wird in der Divisionsstufe 300 durch den Lambdawirkungsgrad etalam, der entsprechend der Vorgehensweise nach Figur 1 bestimmt wird, dividiert. Der auf diese Weise korrigierte Sollmomentenwert wird in einer weiteren Divisionsstufe 302 durch den Wirkungsgrad des Sollzündwinkels etazwsoll dividiert. Dieser Sollzündwinkelwirkungsgrad wird dabei vorgegeben, beispielsweise als Momentenreserve im Leerlauf, als Momentenreserve zum Katalysatorheizen, etc. Das in 302 korrigierte Sollmoment wird dann in einem Kennfeld 304 nach Maßgabe der Motordrehzahl nmot in den Füllungssollwert rlsoll umgerechnet, der dann zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine dient.
  • Die Bestimmung des einzustellenden Sollzündwinkels ist in Figur 4 dargestellt. Dabei wird als Zwischengröße wieder der Verbrennungsschwerpunkt verwendet, wobei die Annäherung mittels des bereits aus Figur 3 bekannten Polynomansatzes abgeleitet ist. Die Berechnung des Sollzündwinkels wird bei gegebenem Sollzündwinkelwirkungsgrad, Motordrehzahl und gegebener Frischgas- und Restgasfüllung durchgeführt, wobei eine Umkehrung der Polynomfunktion verwendet wird. Ferner wird eine Kennlinie verwendet, die den Winkel des Verbrennungsschwerpunktes über dem Zündwinkelwirkungsgrad darstellt.
  • Der vorgegebene Sollzündwinkelwirkungsgrad wird also in der Kennlinie 350 in einen Sollwinkel für den Verbrennungsschwerpunkt wvbsoll umgesetzt. Entsprechend der Darstellung in Figur 3 werden in 352 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie Last, Drehzahl und Inertgasrate rri, die Koeffizienten C, B und A der Polynomfunktion nach Maßgabe von Kennfeldern, Kennlinien oder Tabellen ermittelt. Der Koeffizient C wird in der Verknüpfungsstelle 354 mit dem Sollwert des Verbrennungsschwerpunktes verknüpft. Vorzugsweise wird der Sollwert des Verbrennungsschwerpunktes vom Koeffizienten abgezogen. In der Divisionsstufe 356 wird dann das Ergebnis dieser Verknüpfung durch den Koeffizienten A dividiert. Letzterer wird in einer Multiplikationsstufe 358 mit dem Faktor -2 multipliziert. In der darauf folgenden Divisionsstufe 360 wird der Koeffizient B durch den mit dem Wert -2 multiplizierten Koeffizienten A dividiert. Das Ergebnis wird dann durch die Multiplikationsstufe 362 quadriert und der Verknüpfungsstelle 364 zugeführt. Dort wird der quadrierte Ausdruck mit dem Ergebnis der Divisionsstufe 356 verknüpft, insbesondere wird letzterer Wert von ersterem abgezogen. In 366 wird die Wurzel aus dem Ergebnis gezogen und diese einer weiteren Verknüpfungsstelle 368 zugeführt. Dort wird die Wurzel von dem Ergebnis der Divisionsstelle 360 abgezogen und auf diese Weise den einzustellenden Sollzündwinkel zwsoll gebildet.
  • Bei der Bestimmung der Koeffizienten A bis C werden außer den genannten Betriebsgrößen auch weitere Betriebsgrößen, insbesondere die Ventilüberschneidungswinkel bzw. die Öffnungswinkel der Einlaßventile oder die Stellung einer Ladungsbewegungsklappe oder Hub und Phase des Einlaßventils mit einbezogen.
  • Die zur Berechnung des Modells verwendeten Kennfelder und Kennlinien werden im Rahmen der Applikation für jeden Motortyp ggf. unter Verwendung des oben erwähnten Softwaretool, bestimmt.
  • Figur 5 zeigt eine Steuereinheit 400, welche eine Eingangsschaltung 402, eine Ausgangsschaltung 404 und einen Mokrocomputer 406 umfasst. Diese Komponenten sind mit einem Bussystem 408 verbunden. Über Eingangsleitungen 410 und 412 bis 416 werden die zur Motorsteuerung auszuwertenden Betriebsgrößen, die von Messeinrichtungen 418, 420 bis 424 erfasst werden zugeführt. Die zur Modellbereichnung notwendigen Betriebsgrößen sind dabei oben dargestellt. Die erfassten und ggf aufbereiteten Betriebsgrößensignalen werden dann über das Bussystem 408 vom Mikrocomputer eingelesen. Im Mikrocomputer 406 selbst, dort in seinem Speicher sind die Befehle als Computerprogramm abgelegt, die zu Modellberechnung verwendet werden. Dies ist in Figur 5 mit 426 symbolisiert. die Modellergebnisse, die ggf noch in anderen, nicht dargstellten Programmen weiterverarbeitet werden, werden dann vom Mikrocomputer über das Bussystem 408 der Ausgangsschaltung 404 zugeführt, welche dann Ansteuersignal als Stellgrößen z.B. zur Einstellung des Zündwinkels und der Luftzufuhr sowie Messgrößen wie z.B. das Istmoment miist ausgibt.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei ein Momentenmodell des Verbrennungsmotors eingesetzt wird, mit dessen Hilfe wenigstens eine Istgröße.berechnet wird und/oder wenigstens eine Stellgröße aus einer Vorgabegröße abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Istgröße und/oder der Stellgröße ein Zusammenhang verwendet wird, welcher eine Abhängigkeit eines Verbrennungsschwerpunkts, welcher dem Kurbelwellenwinkel entspricht, an dem ein vorgegebener Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, von Zündwinkel darstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Istgröße nach Maßgabe eines Zusammenhanges zwischen dem Zündwinkelwirkungsgrad und dem Verbrennungsschwerpunkt ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsschwerpunkt nach Maßgabe einer vorgegebenen Funktion abhängig von der Zündwinkeleinstellung und Betriebsgrößen wie Last, Motordrehzahl und Inertgasrate ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Stellgröße in Abhängigkeit eines aus einem Sollzündwinkelwirkungsgrad ermittelten Sollverbrennungsschwerpunktes und Betriebsgrößen wie Last, Drehzahl und Inertgasrate bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes ein Polynom zweiter Ordnung eingesetzt wird, welches die Abhängigkeit des Verbrennungsschwerpunktes vom Zündwinkel beschreibt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes ein Polynom höherer Ordnung oder ein anderer geeigneter mathematischer Zusammenhang eingesetzt wird, welches die Abhängigkeit des Verbrennungsschwerpunktes vom Zündwinkel beschreibt.
  7. Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, mit einer Steuereinheit, in welcher ein Momentenmodell abgelegt ist, mit dessen Hilfe wenigstens eine Istgröße des Verbrennungsmotors ermittelt wird und/oder wenigstens eine Stellgröße ermittelt wird in Abhängigkeit eines Vorgabewertes, dadurch gekennzeichnet, daß die Istgröße und/oder die Stellgröße im Rahmen des Momentenmodells unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs ermittelt wird, der die Abhängigkeit des Verbrennungsschwerpunkts, der dem Kurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors entspricht, bei dem ein vorgegebener Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, von Zündwinkel beschreibt.
  8. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle der Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
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