EP1913354A1 - Method for determining cylinder-individual rotational characteristic variables of a shaft of an internal combustion engine - Google Patents

Method for determining cylinder-individual rotational characteristic variables of a shaft of an internal combustion engine

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Publication number
EP1913354A1
EP1913354A1 EP06777659A EP06777659A EP1913354A1 EP 1913354 A1 EP1913354 A1 EP 1913354A1 EP 06777659 A EP06777659 A EP 06777659A EP 06777659 A EP06777659 A EP 06777659A EP 1913354 A1 EP1913354 A1 EP 1913354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotational
cylinder
kww
characteristic
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06777659A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Birk
Peter Skala
Joachim Palmer
Wolfram Gerwing
Ruediger Fehrmann
Michael Kessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1913354A1 publication Critical patent/EP1913354A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/24—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity
    • G01L3/242—Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity by measuring and simultaneously multiplying torque and velocity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/05—Testing internal-combustion engines by combined monitoring of two or more different engine parameters
    • 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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which a first rotational characteristic is measured at a first location along a shaft of the internal combustion engine and cylinder-specific rotational characteristics are determined using the first rotational parameter.
  • the invention further relates to a control unit, the cylinder-specific rotational characteristics of a wave of a
  • a rotational parameter is understood to mean an angular position, an angular velocity or a torque value at a section of the shaft.
  • the first location is preferably a first end of the shaft.
  • Control unit stored characteristic field which was previously created by means of load tests at different speeds and loads, determines an effective torque acting on a driven side of the shaft. Using the effective torque, a gas torque curve is modeled and cylinder-specific rotational characteristics are determined from the gas torque curve.
  • the method according to the invention differs from this prior art in that a second rotational characteristic is measured at a second location along the shaft and the cylinder-specific rotational characteristics are determined using the first rotational characteristic and the second rotational characteristic.
  • control unit determines the cylinder-specific rotational characteristics using the signal of the first Drehkennakin- sensor and a signal of a second Drehkennakin- sensor that detects a second rotational characteristic at a second location along the shaft.
  • the second location is preferably a second end of the crankshaft.
  • control methods for internal combustion engines are directed to torsionally rigid crankshaft systems in which a single crank angle describes the position of all crankcases. Differences in the crank angle between individual cylinders, as they actually occur with torsionally soft crankshaft, worsen the quality of control and regulation. Estimation methods for determining the output torque are also adversely affected by a torsionally soft crankshaft. Output torques on both sides of the crankshaft are not measurable, size and time course of these unknown output torques affect the quality of the control and regulation methods.
  • the invention allows in this environment a more accurate determination of cylinder-specific speeds, crank angles and torques of a torsional wave taking into account an estimated output torque, the two-sided metrological detection of the rotational characteristics allows metrological detection of the torsion of the shaft and a continuous adjustment of the determination of individual cylinder rotational characteristics.
  • This adaptation makes possible a more precise control and regulation of the internal combustion engine compared with the prior art.
  • the invention fertil also allows observation of output torques, so that their effect can be taken into account in the control or regulation of the internal combustion engine.
  • the first and the second rotational characteristic is determined in each case as angular velocity.
  • Angular velocities can be easily and accurately determined using conventional rotary angle sensors.
  • An additional advantage is that a rotation angle sensor is usually already present in order to be able to control, for example, injections and / or ignition synchronously with the rotation of the crankshaft.
  • a third rotary characteristic characteristic of the entire internal combustion engine is determined, and the cylinder-individual
  • Rotational characteristics are determined from a model representing the internal combustion engine, wherein inputs of the model based on the first rotational characteristic, the second rotational characteristic and the third rotational characteristic.
  • the third rotational characteristic is determined as the torque value of the entire internal combustion engine.
  • This torque value results in the real internal combustion engine as the sum of the cylinder-individual torque values. From the sum, it is possible to deduce to some extent the individual summands, ie the cylinder-individual torque values, so that the value of the sum represents a suitable output variable for modeling the cylinder-specific torque values.
  • the cylinder-specific rotational characteristics are determined as cylinder-specific angular velocities and / or as cylinder-specific torque values. In these values, unevenness in combustion between the cylinders is particularly pronounced, so that these values are of particular interest for control and / or control methods.
  • a further refinement is characterized in that the model for an n-cylinder internal combustion engine has a model of its crankshaft with n + 2 sections, wherein a first section represents the first end of the crankshaft, further sections each individually represent a cylinder-specific section, and the remaining n + 2-th section represents the second end of the crankshaft, wherein each section is associated with a moment of inertia, and a friction torque, each sections are interconnected by torsionally flexible couplings, each torsionally flexible coupling is assigned a torsional, and each cylinder individual Section has a derived from the third rotational characteristic cylinder-individual torque value.
  • This model takes into account all relevant influencing factors and thus allows, for example, an exact modeling of the cylinder-specific variables.
  • a torque value associated with the first portion is formed as a rotational characteristic from a deviation of the first rotational characteristic from an estimated value of the first rotational parameter, and a torque value associated with the remaining n + 2-th segment from a deviation of the second rotational parameter from an estimated value for the second rotational parameter is formed.
  • control device it is preferred that it carries out at least one of the above-mentioned embodiments of the method, which leads to respectively corresponding advantages.
  • Fig. 1 is a block diagram illustrating a method according to the invention
  • Fig. 2 is a physical equivalent circuit diagram of a real internal combustion engine as used in embodiments of the invention.
  • Fig. 3 is a calculation structure, as used in embodiments of the invention for modeling the internal combustion engine. The procedure is described below using the example of the crankshaft of the internal combustion engine. However, the procedure is applicable to any drive shaft of an internal combustion engine. In particular, this also applies to the camshaft.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 with a crankshaft 12, cylinder-individual actuators 14, 16, angle sensors 18, 20 and a control unit 22.
  • the cylinder-individual actuators 14, 16 are each assigned individually to a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine 10. Examples of such actuators 14, 16 are fuel injectors, actuators for gas exchange valves, which control a change of combustion chamber fillings, throttle valves or ignition coils, this list has no final character.
  • a first angle sensor 18 is disposed at a first end 24 of the crankshaft 12 and a second angle sensor 20 is disposed at a second end 26 of the crankshaft 12.
  • the first end 24 corresponds to the end on which ancillaries such as generators, water pumps, power steering pumps, and / or air compressors are driven while the second end 26 is the actual output side to which, for example, a powertrain of a motor vehicle is driven via a clutch.
  • the angle sensors 18, 20 detect the
  • Angular speeds wl and w2 at both ends 24, 26 of the crankshaft 12 by known methods.
  • angle sensors 18, 20 are used, the ferromagnetic Inductively indent markings on encoder wheels connected to the ends 24, 26 of the crankshaft 12 in a rotationally fixed manner.
  • Such a sampling corresponds to a method in which the first and second rotational characteristics are determined in each case as angular velocity w1, w2.
  • the control unit 22 is divided in the illustration of FIG. 1 in different functional blocks.
  • a first functional block 28 and a second functional block 30 each represent an integrator which integrates the measured angular velocities w1, w2 into corresponding crankshaft angles KWW1, KWW2.
  • a third function block 32 represents an estimation method which determines from the angular speeds w1, w2 and / or the crankshaft angles KWW1, KWW2 an average engine torque M3 as a characteristic rotational characteristic that is characteristic of the entire internal combustion engine 10.
  • the average engine torque M3 can be derived from one or both measured angular speeds w1, w2.
  • an effective torque proportional to the average engine torque M3 is derived from the signal of a single angle sensor.
  • the average engine torque M3 can be estimated from a dynamic torsion of the crankshaft 12.
  • one or more frequency components contained in the crankshaft angle values KWW1, KWW2 or the angular speeds w1, w2 are analyzed in terms of magnitude and phase, for example by a bandpass filter or by means of a discrete Fourier transformation (DFT).
  • DFT discrete Fourier transformation
  • the frequency of the filtered-out vibration should be as close as possible to one of the torsional natural frequencies of the crankshaft 12.
  • the magnitude and / or the phase of this oscillation and a mean angular velocity are used as the input of a map whose output forms the average engine torque M3.
  • a fourth function block 34 represents a motor model which supplies the desired cylinder-individual rotational characteristics DKG1,..., DKGn and further estimated values ws1, ws2 for the angular speeds of the two ends 24, 26 of the crankshaft 12.
  • the rotational characteristics DKG1,..., DKGn are, for example, cylinder-individual torque contributions and / or angular velocities and / or cylinder-individual crankshaft angles, so that the index n in the case of the conjunction "and” runs from 1 to a corresponding multiple of the number of cylinders and Case of disjunction "or" the cylinders numbered.
  • the estimated values ws1, ws2 for the angular velocities w1, w2 are subtracted from the associated angular velocities w1, w2 by difference formations 36, 38, so that the differences formed are a measure of the deviation of the values supplied by the motor model 34
  • Estimates wsl, ws2 represent the actual values wl, w2.
  • Integrators 40, 42 process the deviations into estimated values MS24, MS26 for torques acting on the ends 24, 26 of the crankshaft 12, which serve as input variables of the engine model 34 in addition to the mean torque M3.
  • the cylinder-specific rotational parameters DKG1,..., DKGn supplied by the engine model 34 are processed by control methods 44, which are known per se, into manipulated variables with which the cylinder-specific actuators 14, 16 already mentioned are actuated.
  • the internal combustion engine 10 has a number of cylinders Z1, Z2,..., Zk, each having an associated crankshaft section 12.1, 12.2,.
  • Each crankshaft section 12.1, 12.2,..., 12. k is a flywheel or moment of inertia J1, J2,..., Jk, a damper element d1, d2, ...., dk, which represents the friction, and a torsion spring Fed constant cl, c2, ...., ck assigned, which describes a coupling to the neighboring cylinder, or to the adjacent crankshaft section.
  • the FZ1, FZ2, FZk designate gas forces acting in the cylinders Z1, Z2,..., ZK.
  • the first end 24 of the crankshaft 12 consists of the flywheel J24 a pulley, a damper element d24, and a torsion spring with spring constant c24. On the pulley with the flywheel J24 is the first
  • the second end 26 of the crankshaft 12 consists of a flywheel J26, to which the second angle sensor 20 for
  • FIG. 3 describes the engine model 34 in more detail:
  • Each cylinder Z1,..., Zk is assigned an equivalent circuit diagram, as will be explained below with reference to the cylinder Z1:
  • the equivalent circuit diagram has a first one
  • Integrator 46 Integrator 46, a second integrator 48, a third
  • Integrator 50 a block 52, which provides a cylinder-individual moment contribution, a
  • Proportional member 54 a summer 56 and a
  • summer 56 provides a free moment MF1 of cylinder Z1 to the first one
  • Integrator 46 The first integrator 46 integrates the free moment MFl taking into account the known flywheel mass Jl for the cylinder-individual
  • Integrator 48 integrates the angular velocity wZl to the cylinder-specific crankshaft angle KWWZl and thus provides an angle information to the block 52, this for the assignment of an angle-dependent torque component M KWWZl the cylinder Zl used to the mean torque M3 of the internal combustion engine 10.
  • the third integrator 50 integrates a difference of angular velocities wZ1, wZ2 formed by the subtractor 59 with that at the transition to the adjacent portion of the crankshaft
  • the block 52 calculates the moment contribution M KWWZl of the cylinder Z1 from the average engine torque M3 supplied by the estimation method 32 and the estimated crank angle KWWZl of the second integrator 48. This can be done, for example, via a map access, wherein the map is represented by values of the average engine torque M3 and the estimated crank angle KWWZl is addressed.
  • a cylinder-individual torque contribution varies known as the crank angle, the cylinder-individual torque contribution in the power stroke a positive and at least in the intake stroke and the compression stroke a negative contribution to the total average torque M3 of the engine 10 delivers.
  • the positive contribution is dependent on the total average torque M3 of the internal combustion engine 10. Cylinder-individual torque values M KWWZl, whose addressing variables lie between map points, are determined by interpolation.
  • the proportional element 54 calculates the for
  • Summer 56 calculates that to first integrator 46 supplied free torque MFl from the torque contribution M KWWZl of the cylinder Zl, the difference between the supplied via the crankshaft 12 moments MZl and MZ2 and the velocity-proportional friction torque MRl, so that the free moment MFl of the cylinder Z to
  • the pulley at the clutch distal, first end 24 of the crankshaft 12 is represented by two integrators 60 and 62, a proportional member 64 and a differential former 66. These elements 60, 62, 64, 66 correspond in importance to the blocks 46, 50, 54, 59 of the cylinder model.
  • the flywheel at the clutch-side, second end 26 of the crankshaft 12 is described by an integrator 68, a proportional member 70 and a summer 72 in analogy to the blocks 46, 54, 56 of the cylinder model.
  • Angular velocity values as well as torque values are each cylinder-specific as internal values of the model 34, which are calculated in the control unit 30, therefore present in the control unit 30 and can be considered in the formation of cylinder-individual control variables for the actuators 14, 16.

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Abstract

A method for operating an internal combustion engine (10) is proposed, in which method a first rotational characteristic variable (wl) is measured at a first end (24) of a shaft (12) of the internal combustion engine (10) and cylinder-individual rotational characteristic variables (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) are determined using the first rotational characteristic variable (wl). The method is distinguished by the fact that a second rotational characteristic variable (w2) is measured at a second end (26) of the shaft (12) and the cylinder-individual rotational characteristic variables (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW Zn, MRn) are determined using the first rotational characteristic variable (wl) and the second rotational characteristic variable (w2). Furthermore, a control unit (22) is proposed which controls the method.

Description

Beschreibungdescription
Titeltitle
Verfahren zur Ermittlung zylinderindividueller Drehkenngrößen einer Welle eines VerbrennungsmotorsMethod for determining cylinder-specific rotational characteristics of a shaft of an internal combustion engine
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem eine erste Drehkenngröße an einem ersten Ort längs einer Welle des Verbrennungsmotors gemessen wird und unter Verwendung der ersten Drehkenngröße zylinderindividuelle Drehkenngrößen bestimmt werden.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which a first rotational characteristic is measured at a first location along a shaft of the internal combustion engine and cylinder-specific rotational characteristics are determined using the first rotational parameter.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, das zylinderindividuelle Drehkenngrößen einer Welle einesThe invention further relates to a control unit, the cylinder-specific rotational characteristics of a wave of a
Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Signals eines ersten Drehkenngrößen-Sensors ermittelt, der eine erste Drehkenngröße an einem Ort längs der Welle erfasst.Determined internal combustion engine using a signal of a first rotational speed sensor that detects a first rotational characteristic at a location along the shaft.
Dabei wird unter einer Drehkenngröße eine Winkelposition, eine Winkelgeschwindigkeit oder ein Drehmomentwert an einem Abschnitt der Welle verstanden. Der erst Ort ist bevorzugt ein erstes Ende der Welle.In this case, a rotational parameter is understood to mean an angular position, an angular velocity or a torque value at a section of the shaft. The first location is preferably a first end of the shaft.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 44 45 684 Al bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Winkelgeschwindigkeit der Welle durch einen Inkrementalgeber in der Nähe des Schwungrades gemessen, um den Einfluss von Verdrehungen der Kurbelwelle zu minimieren. Die Anzahl der Inkremente N des Inkrementalgebers für eine Umdrehung soll mindestens doppelt so hoch sein wie die Anzahl der Zylinder. Umdrehungssynchrone Merkmale des Inkrementalgebers triggern die Abtastung eines Zählers . Beim Auftreten des Triggers wird ein aktueller Zählerstand an ein Auswertegerät übertragen und daraus die Winkelgeschwindigkeit und daraus eine Winkelbeschleunigung berechnet. Aus derSuch a method is known from DE 44 45 684 Al. In the known method, an angular velocity of the shaft is measured by an incremental encoder in the vicinity of the flywheel to minimize the influence of crankshaft twisting. The number of increments N of the Incremental encoder for one revolution should be at least twice as high as the number of cylinders. Revolution synchronous features of the incremental encoder triggers the sampling of a counter. When the trigger occurs, a current counter reading is transmitted to an evaluation unit and from this the angular velocity and therefrom an angular acceleration are calculated. From the
Winkelbeschleunigung, einem Trägheitsmoment der rotierenden Massen, einem Drehmoment oszillierender Massen und einem Reibungsdrehmoment wird unter Rückgriff auf ein imAngular acceleration, a moment of inertia of the rotating masses, a torque of oscillating masses and a friction torque is resorted to in the
Steuergerät abgelegtes Kennlinienfeld, das vorher mittels Belastungsversuchen bei verschiedenen Drehzahlen und Lasten erstellt wurde, ein effektives Drehmoment bestimmt, das an einer Abtriebsseite der Welle wirkt. Mit Hilfe des effektiven Drehmomentes wird ein Gasdrehmomentverlauf modelliert und aus dem Gasdrehmomentverlauf werden zylinderindividuelle Drehkenngrößen bestimmt.Control unit stored characteristic field, which was previously created by means of load tests at different speeds and loads, determines an effective torque acting on a driven side of the shaft. Using the effective torque, a gas torque curve is modeled and cylinder-specific rotational characteristics are determined from the gas torque curve.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von die- sem Stand der Technik dadurch, dass eine zweite Drehkenngröße an einem zweiten Ort längs der Welle gemessen wird und die zylinderindividuellen Drehkenngrößen unter Verwendung der ersten Drehkenngröße und der zweiten Drehkenngröße bestimmt werden.The method according to the invention differs from this prior art in that a second rotational characteristic is measured at a second location along the shaft and the cylinder-specific rotational characteristics are determined using the first rotational characteristic and the second rotational characteristic.
Entsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Steuergerät dadurch aus, dass es die zylinderindividuellen Drehkenngrößen unter Verwendung des Signals des ersten Drehkenngrößen- Sensors und eines Signals eines zweiten Drehkenngrößen- Sensors ermittelt, der eine zweite Drehkenngröße an einem zweiten Ort längs der Welle erfasst. Der zweite Ort ist bevorzugt ein zweites Ende der Kurbelwelle.Accordingly, the control unit according to the invention is characterized in that it determines the cylinder-specific rotational characteristics using the signal of the first Drehkenngrößen- sensor and a signal of a second Drehkenngrößen- sensor that detects a second rotational characteristic at a second location along the shaft. The second location is preferably a second end of the crankshaft.
Vorteile der Erfindung Im Allgemeinen sind Steuer- und Regelverfahren für Verbrennungsmotoren (z.B. Einspritzmengen-Ausgleichsregelung zur Zylindergleichstellung) auf Systeme mit torsionssteifer Kurbelwelle ausgerichtet, bei denen ein einziger Kurbelwin- kel die Position sämtlicher Kurbelkröpfungen beschreibt. Unterschiede im Kurbelwinkel zwischen einzelnen Zylindern, wie sie bei torsionsweicher Kurbelwelle tatsächlich auftreten, verschlechtern die Güte von Steuer- und Regelverfahren. Schätzverfahren zur Bestimmung des abgegebenen Drehmo- ments werden gleichfalls durch eine torsionsweiche Kurbelwelle nachteilig beeinflusst. Abtriebsmomente beiderseits der Kurbelwellen sind nicht messbar, Größe und zeitlicher Verlauf dieser unbekannten Abtriebsmomente beeinflussen die Güte der Steuer- und Regelverfahren.Advantages of the invention In general, control methods for internal combustion engines (eg cylinder equalization injection amount compensation control) are directed to torsionally rigid crankshaft systems in which a single crank angle describes the position of all crankcases. Differences in the crank angle between individual cylinders, as they actually occur with torsionally soft crankshaft, worsen the quality of control and regulation. Estimation methods for determining the output torque are also adversely affected by a torsionally soft crankshaft. Output torques on both sides of the crankshaft are not measurable, size and time course of these unknown output torques affect the quality of the control and regulation methods.
Die Erfindung erlaubt in diesem Umfeld eine genauere Bestimmung von zylinderindividuellen Drehzahlen, Kurbelwinkeln und Drehmomenten einer torsionsweichen Welle unter Berücksichtigung eines geschätzten Abtriebsmoments, wobei die beidseitige messtechnische Erfassung der Drehkenngrößen eine messtechnische Erfassung der Torsion der Welle und eine fortlaufende Anpassung der Bestimmung zylinderindividueller Drehkenngrößen erlaubt. Durch diese Anpassung wird eine im Vergleich zum Stand der Technik genauere Steuerung und Regelung des Verbrennungsmotors ermöglicht. Die Erfin- düng gestattet darüber hinaus eine Beobachtung von Abtriebsmomenten, so dass deren Wirkung bei der Steuerung bzw. Regelung des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden kann.The invention allows in this environment a more accurate determination of cylinder-specific speeds, crank angles and torques of a torsional wave taking into account an estimated output torque, the two-sided metrological detection of the rotational characteristics allows metrological detection of the torsion of the shaft and a continuous adjustment of the determination of individual cylinder rotational characteristics. This adaptation makes possible a more precise control and regulation of the internal combustion engine compared with the prior art. The invention fertil also allows observation of output torques, so that their effect can be taken into account in the control or regulation of the internal combustion engine.
Mit Blick auf Ausgestaltungen des Verfahrens ist bevorzugt, dass die erste und die zweite Drehkenngröße jeweils als Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird. Winkelgeschwindigkeiten lassen sich mit am Markt üblichen Drehwinkelsensoren leicht und genau ermitteln. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass ein Drehwinkelsensor üblicherweise bereits vorhanden ist, um zum Beispiel Einsprit- zungen und/oder Zündungen synchron zur Drehung der Kurbelwelle steuern zu können.With regard to embodiments of the method is preferred that the first and the second rotational characteristic is determined in each case as angular velocity. Angular velocities can be easily and accurately determined using conventional rotary angle sensors. An additional advantage is that a rotation angle sensor is usually already present in order to be able to control, for example, injections and / or ignition synchronously with the rotation of the crankshaft.
Bevorzugt ist auch, dass unter Berücksichtigung der ersten Drehkenngröße und der zweiten Drehkenngröße eine für den gesamten Verbrennungsmotor charakteristische dritte Dreh- kenngröße bestimmt wird, und die zylinderindividuellenIt is also preferable that, taking into account the first rotational characteristic and the second rotational characteristic, a third rotary characteristic characteristic of the entire internal combustion engine is determined, and the cylinder-individual
Drehkenngrößen aus einem den Verbrennungsmotor repräsentierenden Modell bestimmt werden, wobei Eingangsgrößen des Modells auf der ersten Drehkenngröße, der zweiten Drehkenngröße und der dritten Drehkenngröße basieren.Rotational characteristics are determined from a model representing the internal combustion engine, wherein inputs of the model based on the first rotational characteristic, the second rotational characteristic and the third rotational characteristic.
Es hat sich gezeigt, dass die Beschränkung auf diese dreiIt has been shown that the restriction to these three
Eingangsgrößen bereits eine gute Modellierung von zylinderindividuellen Drehkenngrößen erlaubt.Input variables already allowed a good modeling of cylinder-specific rotational characteristics.
Ferner ist bevorzugt, dass die dritte Drehkenngröße als Drehmomentwert des gesamten Verbrennungsmotors ermittelt wird.Furthermore, it is preferred that the third rotational characteristic is determined as the torque value of the entire internal combustion engine.
Dieser Drehmomentwert ergibt sich im realen Verbrennungsmotors als Summe der zylinderindividuellen Drehmomentwerte. Aus der Summe kann in gewissem Umfang auf die einzelne Summanden, also auf die zylinderindividuellen Drehmomentwerte geschlossen werden, so dass der Wert der Summe eine geeignete Ausgangsgröße zu Modellierung der zylinderindividuellen Drehmomentwerte darstellt.This torque value results in the real internal combustion engine as the sum of the cylinder-individual torque values. From the sum, it is possible to deduce to some extent the individual summands, ie the cylinder-individual torque values, so that the value of the sum represents a suitable output variable for modeling the cylinder-specific torque values.
Bevorzugt ist auch, dass die zylinderindividuellen Drehkenngrößen als zylinderindividuelle Winkelgeschwindigkeiten und/oder als zylinderindividuelle Drehmomentwerte ermittelt werden. In diesen Werten bilden sich Ungleichmäßigkeiten in Verbrennungen zwischen den Zylindern besonders deutlich ab, so dass diese Werte für Regelungs- und/oder Steuerungsverfahren von besonderem Interesse sind.It is also preferred that the cylinder-specific rotational characteristics are determined as cylinder-specific angular velocities and / or as cylinder-specific torque values. In these values, unevenness in combustion between the cylinders is particularly pronounced, so that these values are of particular interest for control and / or control methods.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Modell für einen n-zylindrigen Verbrennungsmotor ein Modell seiner Kurbelwelle mit n+2-Abschnitten aufweist, wobei ein erster Abschnitt das erste Ende der Kurbelwelle repräsentiert, weitere Abschnitte jeweils einzeln einen zylinderindividuellen Abschnitt repräsentieren, und der verbleibende n+2-te-Abschnitt das zweite Ende der Kurbelwelle repräsentiert, wobei jedem Abschnitt ein Trägheitsmoment, sowie ein Reibungsmoment zugeordnet ist, jeweils Abschnitte durch drehelastische Kopplungen miteinander ver- bunden sind, jeder drehelastischen Kopplung ein Torsionsmoment zugeordnet wird, und jeder zylinderindividueller Abschnitt einen aus der dritten Drehkenngröße abgeleiteten zylinderindividuellen Drehmomentwert aufweist.A further refinement is characterized in that the model for an n-cylinder internal combustion engine has a model of its crankshaft with n + 2 sections, wherein a first section represents the first end of the crankshaft, further sections each individually represent a cylinder-specific section, and the remaining n + 2-th section represents the second end of the crankshaft, wherein each section is associated with a moment of inertia, and a friction torque, each sections are interconnected by torsionally flexible couplings, each torsionally flexible coupling is assigned a torsional, and each cylinder individual Section has a derived from the third rotational characteristic cylinder-individual torque value.
Dieses Modell berücksichtigt alle relevanten Einflussgrößen und erlaubt damit zum Beispiel eine genaue Modellierung der zylinderindividuellen Größen.This model takes into account all relevant influencing factors and thus allows, for example, an exact modeling of the cylinder-specific variables.
Bevorzugt ist auch, dass ein dem ersten Abschnitt zugeordneter Drehmomentwert als Drehkenngröße aus einer Abweichung der ersten Drehkenngröße von einem Schätzwert der ersten Drehkenngröße gebildet wird, und ein dem verbleibenden n+2 -ten Abschnitt zugeordneter Drehmomentwert aus einer Abweichung der zweiten Drehkenngröße von einem Schätzwert für die zweite Drehkenngröße gebildet wird.It is also preferable that a torque value associated with the first portion is formed as a rotational characteristic from a deviation of the first rotational characteristic from an estimated value of the first rotational parameter, and a torque value associated with the remaining n + 2-th segment from a deviation of the second rotational parameter from an estimated value for the second rotational parameter is formed.
Durch diese Ausgestaltung können die an beiden Enden der Kurbelwelle wirksamen Drehmomente gewissermaßen regelungstechnisch beobachtet werden, ohne dass die Drehmomente gemessen werden müssen. Ferner ist bevorzugt, dass zylinderindividuelle Stellgrößen unter Verwendung der zylinderindividuellen Drehkenngrößen gebildet werden, weil dies die Qualität von Regelverfahren und/oder Steuerungsverfahren erheblich verbessert.By virtue of this configuration, the torques effective at both ends of the crankshaft can be observed, so to speak, in terms of regulation, without the torques having to be measured. Furthermore, it is preferred that cylinder-specific manipulated variables are formed using the cylinder-specific rotational characteristics, because this considerably improves the quality of control methods and / or control methods.
Mit Blick auf Ausgestaltungen des Steuergeräts ist bevorzugt, dass es wenigstens eine der oben genannten Ausgestaltungen des Verfahrens ausführt, was zu jeweils entsprechenden Vorteilen führt.With regard to embodiments of the control device, it is preferred that it carries out at least one of the above-mentioned embodiments of the method, which leads to respectively corresponding advantages.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying figures.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In each case, in schematic form:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein erfindungsgemäßes Verfahren verdeutlicht;Fig. 1 is a block diagram illustrating a method according to the invention;
Fig. 2 ein physikalisches Ersatzschaltbild eines realen Verbrennungsmotors, wie es bei Ausgestaltungen der Erfindung verwendet wird; undFig. 2 is a physical equivalent circuit diagram of a real internal combustion engine as used in embodiments of the invention; and
Fig. 3 eine Berechnungsstruktur, wie sie bei Ausgestaltungen der Erfindung zur Modellierung des Verbrennungsmotors verwendet wird. Im folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beschrieben. Die Vorgehensweise ist aber bei jeder Antriebswelle einer Brennkraftmaschine anwendbar. Insbesondere gilt dies auch für die Nockenwelle.Fig. 3 is a calculation structure, as used in embodiments of the invention for modeling the internal combustion engine. The procedure is described below using the example of the crankshaft of the internal combustion engine. However, the procedure is applicable to any drive shaft of an internal combustion engine. In particular, this also applies to the camshaft.
Im Einzelnen zeigt Fig. 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Kurbelwelle 12, zylinderindividuellen Stellgliedern 14, 16, Winkelsensoren 18, 20 und einem Steuergerät 22. Die zylinderindividuellen Stellglieder 14, 16 sind jeweils einzeln einem Zylinder oder einer Gruppe von Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zugeordnet. Beispiele solcher Stellglieder 14, 16 sind Kraftstoffeinspritzventile, Steller für eine Betätigung von Gaswechselventilen, die einen Wechsel von Brennraumfüllungen steuern, Drosselklappen oder Zündspulen, wobei diese Aufzählung keinen abschließenden Charakter besitzt.1 shows an internal combustion engine 10 with a crankshaft 12, cylinder-individual actuators 14, 16, angle sensors 18, 20 and a control unit 22. The cylinder-individual actuators 14, 16 are each assigned individually to a cylinder or a group of cylinders of the internal combustion engine 10. Examples of such actuators 14, 16 are fuel injectors, actuators for gas exchange valves, which control a change of combustion chamber fillings, throttle valves or ignition coils, this list has no final character.
Ein erster Winkelsensor 18 ist an einem ersten Ende 24 der Kurbelwelle 12 angeordnet und ein zweiter Winkelsensor 20 ist an einem zweiten Ende 26 der Kurbelwelle 12 angeordnet. Das erste Ende 24 entspricht zum Beispiel dem Ende, an dem Nebenaggregate wie Generatoren, Wasserpumpen, Lenkhilfepumpen und/oder Klimakompressoren angetrieben werden, während das zweite Ende 26 die eigentliche Abtriebsseite darstellt, an der zum Beispiel ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs über eine Kupplung angetrieben wird.A first angle sensor 18 is disposed at a first end 24 of the crankshaft 12 and a second angle sensor 20 is disposed at a second end 26 of the crankshaft 12. For example, the first end 24 corresponds to the end on which ancillaries such as generators, water pumps, power steering pumps, and / or air compressors are driven while the second end 26 is the actual output side to which, for example, a powertrain of a motor vehicle is driven via a clutch.
Die Winkelsensoren 18, 20 erfassen dieThe angle sensors 18, 20 detect the
Winkelgeschwindigkeiten wl und w2 an beiden Enden 24, 26 der Kurbelwelle 12 mit bekannten Verfahren. Dazu können zum Beispiel Winkelsensoren 18, 20 dienen, die ferromagnetische Markierungen auf drehfest mit den Enden 24, 26 der Kurbelwelle 12 verbundenen Geberrädern induktiv abtasten. Eine solche Abtastung entspricht insofern einem Verfahren, bei dem die erste und die zweite Drehkenngröße jeweils als Winkelgeschwindigkeit wl, w2 ermittelt wird.Angular speeds wl and w2 at both ends 24, 26 of the crankshaft 12 by known methods. For this purpose, for example, angle sensors 18, 20 are used, the ferromagnetic Inductively indent markings on encoder wheels connected to the ends 24, 26 of the crankshaft 12 in a rotationally fixed manner. Such a sampling corresponds to a method in which the first and second rotational characteristics are determined in each case as angular velocity w1, w2.
Das Steuergerät 22 ist in der Darstellung der Fig. 1 in verschiedene Funktionsblöcke unterteilt. Ein erster Funktionsblock 28 und ein zweiter Funktionsblock 30 repräsentiert jeweils einen Integrator, der die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten wl, w2 zu entsprechenden Kurbelwellenwinkeln KWWl, KWW2 integriert. Ein dritter Funktionsblock 32 repräsentiert ein Schätzverfahren, das aus den Winkelgeschwindigkeiten wl, w2 und/oder den Kurbelwellenwinkeln KWWl, KWW2 ein mittleres Motormoment M3 als für den gesamten Verbrennungsmotor 10 charakteristische Drehkenngröße ermittelt.The control unit 22 is divided in the illustration of FIG. 1 in different functional blocks. A first functional block 28 and a second functional block 30 each represent an integrator which integrates the measured angular velocities w1, w2 into corresponding crankshaft angles KWW1, KWW2. A third function block 32 represents an estimation method which determines from the angular speeds w1, w2 and / or the crankshaft angles KWW1, KWW2 an average engine torque M3 as a characteristic rotational characteristic that is characteristic of the entire internal combustion engine 10.
Für das Schätzverfahren 32 können verschiedene Algorithmen verwendet werden. So kann das mittlere Motormoment M3 zum Beispiel aus einer oder aus beiden gemessenen Winkelgeschwindigkeiten wl, w2 abgeleitet werden. Eine Möglichkeit dazu bietet das oben genannte bekannte Verfahren, bei dem ein zu dem mittleren Motormoment M3 proportionales effektives Drehmoment aus dem Signal eines einzigen Winkelsensors abgeleitet wird.For the estimation method 32, various algorithms can be used. For example, the average engine torque M3 can be derived from one or both measured angular speeds w1, w2. One possibility for this is provided by the abovementioned known method, in which an effective torque proportional to the average engine torque M3 is derived from the signal of a single angle sensor.
Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des mittleren Motormoments M3 ergibt sich aus einer Auswertung einer statischen Torsion der Kurbelwelle 12. Hierzu wird dieAnother possibility for determining the average engine torque M3 results from an evaluation of a static torsion of the crankshaft 12
Differenz der Kurbelwellenwinkel KWWl, KWW2 gebildet und diese Differenz über eine geeignete Dauer (z.B. 72O0KW) gemittelt. Dieser Mittelwert ist dann ebenfalls proportional zum mittleren Motormoment M3. Im Rahmen einer weiteren Alternative kann das mittlere Motormoment M3 aus einer dynamischen Torsion der Kurbelwelle 12 abgeschätzt werden. Hierzu werden ein oder mehrere in den Kurbelwellenwinkelwerten KWWl, KWW2 oder den Winkelgeschwindigkeiten wl, w2 enthaltene Frequenzanteile nach Betrag und Phase analysiert, z.B. durch ein Bandpassfilter oder mit Hilfe einer diskreten Fouriertransformation (DFT) . Die Frequenz der ausgefilterten Schwingung sollte möglichst nahe bei einer der Torsions-Eigenfrequenzen der Kurbelwelle 12 liegen. Der Betrag und/oder die Phase dieser Schwingung sowie eine mittlere Winkelgeschwindigkeit werden als Eingang eines Kennfelds verwendet, dessen Ausgang das mittlere Motormoment M3 bildet.Difference of the crankshaft angle KWWl, KWW2 formed and this difference over a suitable duration (eg 72O 0 KW) averaged. This mean value is then also proportional to the average engine torque M3. In the context of a further alternative, the average engine torque M3 can be estimated from a dynamic torsion of the crankshaft 12. For this purpose, one or more frequency components contained in the crankshaft angle values KWW1, KWW2 or the angular speeds w1, w2 are analyzed in terms of magnitude and phase, for example by a bandpass filter or by means of a discrete Fourier transformation (DFT). The frequency of the filtered-out vibration should be as close as possible to one of the torsional natural frequencies of the crankshaft 12. The magnitude and / or the phase of this oscillation and a mean angular velocity are used as the input of a map whose output forms the average engine torque M3.
Ein vierter Funktionsblock 34 repräsentiert ein Motormodell, das die gesuchten zylinderindividuellen Drehkenngrößen DKGl, ...., DKGn und ferner Schätzwerte wsl, ws2 für die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Enden 24, 26 der Kurbelwelle 12 liefert. Die Drehkenngrößen DKGl, ...., DKGn sind zum Beispiel zylinderindividuelle Drehmomentbeiträge und/oder Winkelgeschwindigkeiten und/oder zylinderindividuelle Kurbelwellenwinkel, so dass der Index n im Fall der Konjunktion „und" Werte von 1 bis zu einem entsprechenden Vielfachen der Zylinderzahl durchläuft und im Fall der Disjunktion „oder" die Zylinder nummeriert .A fourth function block 34 represents a motor model which supplies the desired cylinder-individual rotational characteristics DKG1,..., DKGn and further estimated values ws1, ws2 for the angular speeds of the two ends 24, 26 of the crankshaft 12. The rotational characteristics DKG1,..., DKGn are, for example, cylinder-individual torque contributions and / or angular velocities and / or cylinder-individual crankshaft angles, so that the index n in the case of the conjunction "and" runs from 1 to a corresponding multiple of the number of cylinders and Case of disjunction "or" the cylinders numbered.
Die Schätzwerte wsl, ws2 für die Winkelgeschwindigkeiten wl, w2 werden durch Differenzbildungen 36, 38 von zugeordneten Messwerten wl, w2 der Winkelgeschwindigkeiten subtrahiert, so dass die gebildeten Differenzen ein Maß für die Abweichung der vom Motormodell 34 gelieferten Schätzwerte wsl, ws2 von den tatsächlichen Werten wl, w2 darstellen. Durch Integratoren 40, 42 werden die Abweichungen zu Schätzwerten MS24, MS26 für an den Enden 24, 26 der Kurbelwelle 12 wirkenden Drehmomente verarbeitet, die neben dem mittleren Drehmoment M3 als Eingangsgrößen des Motormodells 34 dienen.The estimated values ws1, ws2 for the angular velocities w1, w2 are subtracted from the associated angular velocities w1, w2 by difference formations 36, 38, so that the differences formed are a measure of the deviation of the values supplied by the motor model 34 Estimates wsl, ws2 represent the actual values wl, w2. Integrators 40, 42 process the deviations into estimated values MS24, MS26 for torques acting on the ends 24, 26 of the crankshaft 12, which serve as input variables of the engine model 34 in addition to the mean torque M3.
Über die Differenzbildungen 36, 38 erfolgt also ein Abgleich des Verhaltens des Motormodells 34 mit dem Verhalten des realen Verbrennungsmotors 10, was dieBy means of the difference formations 36, 38, a comparison of the behavior of the engine model 34 with the behavior of the real internal combustion engine 10 thus takes place
Genauigkeit des Motormodells 34 erhöht. Die vom Motormodell 34 als Ausgangsgrößen gelieferten zylinderindividuellen Drehkenngrößen DKGl, ... , DKGn werden durch an sich bekannte Regelverfahren 44 zu Stellgrößen verarbeitet, mit denen die bereits genannten zylinderindividuellen Stellglieder 14, 16 betätigt werden.Accuracy of the engine model 34 increases. The cylinder-specific rotational parameters DKG1,..., DKGn supplied by the engine model 34 are processed by control methods 44, which are known per se, into manipulated variables with which the cylinder-specific actuators 14, 16 already mentioned are actuated.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Motormodells 34 wird weiter unten erläutert. Zunächst wird jedoch unter Bezug auf die Fig. 2 ein physikalisches Ersatzschaltbild eines realen Verbrennungsmotors 10 beschrieben.A preferred embodiment of the engine model 34 will be explained below. First, however, a physical equivalent circuit diagram of a real internal combustion engine 10 will be described with reference to FIG.
Der Verbrennungsmotor 10 weist in der Darstellung der Fig. 2 eine Anzahl von Zylindern Zl, Z2, ... , Zk mit jeweils einem zugeordneten Kurbelwellenabschnitt 12.1, 12.2, ...., 12. k auf. Jedem Kurbelwellenabschnitt 12.1, 12.2, ..., 12. k ist eine Schwungmasse oder ein Trägheitsmoment Jl, J2, ...., Jk, ein die Reibung darstellendes Dämpferelement dl, d2, ...., dk, sowie eine Torsionsfeder mit Federkonstante cl, c2, ...., ck zugeordnet, die eine Kopplung zum Nachbarzylinder, beziehungsweise zum benachbarten Kurbelwellenabschnitt beschreibt. Die FZl, FZ2, FZk bezeichnen in den Zylindern Zl, Z2, ..., ZK wirkende Gaskräfte . Das erste Ende 24 der Kurbelwelle 12 besteht aus der Schwungmasse J24 einer Riemenscheibe, einem Dämpferelement d24, und einer Torsionsfeder mit Federkonstante c24. An der Riemenscheibe mit der Schwungmasse J24 ist der ersteIn the illustration of FIG. 2, the internal combustion engine 10 has a number of cylinders Z1, Z2,..., Zk, each having an associated crankshaft section 12.1, 12.2,. Each crankshaft section 12.1, 12.2,..., 12. k is a flywheel or moment of inertia J1, J2,..., Jk, a damper element d1, d2, ...., dk, which represents the friction, and a torsion spring Fed constant cl, c2, ...., ck assigned, which describes a coupling to the neighboring cylinder, or to the adjacent crankshaft section. The FZ1, FZ2, FZk designate gas forces acting in the cylinders Z1, Z2,..., ZK. The first end 24 of the crankshaft 12 consists of the flywheel J24 a pulley, a damper element d24, and a torsion spring with spring constant c24. On the pulley with the flywheel J24 is the first
Winkelsensor 18 zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit wl angebracht .Angle sensor 18 for detecting the angular velocity wl attached.
Das zweite Ende 26 der Kurbelwelle 12 besteht aus einer Schwungmasse J26, an der der zweite Winkelsensor 20 zurThe second end 26 of the crankshaft 12 consists of a flywheel J26, to which the second angle sensor 20 for
Erfassung der zweiten Winkelgeschwindigkeit w2 angebracht ist .Detecting the second angular velocity w2 is appropriate.
Fig. 3 beschreibt das Motormodell 34 detaillierter: Jedem Zylinder Zl, ...., Zk ist ein Ersatzschaltbild zugeordnet, wie es im Folgenden unter Bezug auf den Zylinder Zl erläutert wird: Das Ersatzschaltbild weist einen erstenFIG. 3 describes the engine model 34 in more detail: Each cylinder Z1,..., Zk is assigned an equivalent circuit diagram, as will be explained below with reference to the cylinder Z1: The equivalent circuit diagram has a first one
Integrator 46, einen zweiten Integrator 48, einen drittenIntegrator 46, a second integrator 48, a third
Integrator 50, einen Block 52, der einen zylinderindividuellen Momentenbeitrag liefert, einIntegrator 50, a block 52, which provides a cylinder-individual moment contribution, a
Proportionalglied 54, einen Summierer 56 und einenProportional member 54, a summer 56 and a
Differenzbildner 59 auf.Difference former 59 on.
Wie weiter unten noch erläutert wird, liefert der Summierer 56 ein freies Moment MFl des Zylinders Zl an den erstenAs will be explained below, summer 56 provides a free moment MF1 of cylinder Z1 to the first one
Integrator 46. Der erste Integrator 46 integriert das freie Moment MFl unter Berücksichtigung der bekannten Schwungmasse Jl zur zylinderindividuellenIntegrator 46. The first integrator 46 integrates the free moment MFl taking into account the known flywheel mass Jl for the cylinder-individual
Winkelgeschwindigkeit wZl und bildet insofern den Einfluss der Schwungmasse Jl aus der Fig. 2 nach. Der zweiteAngular velocity wZl and so far forms the influence of the flywheel Jl from FIG. 2. The second
Integrator 48 integriert die Winkelgeschwindigkeit wZl zum zylinderindividuellen Kurbelwellenwinkel KWWZl und liefert insofern eine Winkelinformation an den Block 52, die dieser zur Zuordnung eines winkelabhängigen Drehmomentanteils M KWWZl des Zylinders Zl an dem mittleren Drehmoment M3 des Verbrennungsmotors 10 verwendet. Der dritte Integrator 50 integriert eine durch den Differenzbildner 59 gebildete Differenz von Winkelgeschwindigkeiten wZl, wZ2 zu dem am Übergang zu dem benachbarten Abschnitt der KurbelwelleIntegrator 48 integrates the angular velocity wZl to the cylinder-specific crankshaft angle KWWZl and thus provides an angle information to the block 52, this for the assignment of an angle-dependent torque component M KWWZl the cylinder Zl used to the mean torque M3 of the internal combustion engine 10. The third integrator 50 integrates a difference of angular velocities wZ1, wZ2 formed by the subtractor 59 with that at the transition to the adjacent portion of the crankshaft
(hier: Übergang zwischen den Abschnitten 12.1 und 12.2 aus der Fig. 2) wirksamen Moment MZ2, wobei die Federkonstante Cl multiplikativ berücksichtigt wird. Der dritte Integrator 50 bildet insofern den Einfluss der Torsionsfeder mit Federkonstante cl nach.(Here: transition between the sections 12.1 and 12.2 of FIG. 2) effective moment MZ2, wherein the spring constant Cl is taken into account multiplicatively. The third integrator 50 thus forms the influence of the torsion spring with spring constant c1.
Der Block 52 berechnet aus dem vom Schätzverfahren 32 gelieferten mittleren Motormoment M3 sowie dem geschätzten Kurbelwinkel KWWZl des zweiten Integrators 48 den Momentenbeitrag M KWWZl des Zylinders Zl. Dies kann zum Beispiel über einen Kennfeldzugriff erfolgen, wobei das Kennfeld durch Werte des mittleren Motormoments M3 und des geschätzten Kurbelwinkels KWWZl adressiert wird. Ein zylinderindividueller Drehmomentbeitrag variiert bekanntlich über dem Kurbelwinkel, wobei der zylinderindividuelle Drehmomentbeitrag im Arbeitstakt einen positiven und zumindest im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt einen negativen Beitrag zum gesamten, mittleren Drehmoment M3 des Verbrennungsmotors 10 liefert. Insbesondere der positive Beitrag ist von dem gesamten mittleren Drehmoment M3 des Verbrennungsmotors 10 abhängig. Zylinderindividuelle Drehmomentwerte M KWWZl, deren Adressierungsgrößen zwischen Kennfeldpunkten liegen, werden durch Interpolation ermittelt.The block 52 calculates the moment contribution M KWWZl of the cylinder Z1 from the average engine torque M3 supplied by the estimation method 32 and the estimated crank angle KWWZl of the second integrator 48. This can be done, for example, via a map access, wherein the map is represented by values of the average engine torque M3 and the estimated crank angle KWWZl is addressed. A cylinder-individual torque contribution varies known as the crank angle, the cylinder-individual torque contribution in the power stroke a positive and at least in the intake stroke and the compression stroke a negative contribution to the total average torque M3 of the engine 10 delivers. In particular, the positive contribution is dependent on the total average torque M3 of the internal combustion engine 10. Cylinder-individual torque values M KWWZl, whose addressing variables lie between map points, are determined by interpolation.
Das Proportionalglied 54 berechnet das zurThe proportional element 54 calculates the for
Winkelgeschwindigkeit wZl proportionale Reibmoment MRl und bildet insofern den Einfluss der Reibung nach. Der Summierer 56 berechnet das dem ersten Integrator 46 zugeführte freie Moment MFl aus dem Momentenbeitrag M KWWZl des Zylinders Zl, der Differenz der über die Kurbelwelle 12 zugeführten Momente MZl und MZ2 sowie dem geschwindigkeitsproportionalen Reibmoment MRl, so dass sich das freie Moment MFl des Zylinders Z zuAngular velocity wZl proportional friction torque MRl and thus reflects the influence of friction. Summer 56 calculates that to first integrator 46 supplied free torque MFl from the torque contribution M KWWZl of the cylinder Zl, the difference between the supplied via the crankshaft 12 moments MZl and MZ2 and the velocity-proportional friction torque MRl, so that the free moment MFl of the cylinder Z to
MFl = M_KWWZ1 - MRl + MZl - MZ2MFl = M_KWWZ1 - MRI + MZl - MZ2
ergibt. Die Riemenscheibe am kupplungsfernen, ersten Ende 24 der Kurbelwelle 12 wird durch zwei Integratoren 60 und 62, ein Proportionalglied 64 und einen Differenzbildner 66 dargestellt. Diese Elemente 60, 62, 64, 66 entsprechen in ihrer Bedeutung den Blöcken 46, 50, 54, 59 des Zylindermodells. In ähnlicher Weise wird die Schwungmasse am kupplungsseitigen, zweiten Ende 26 der Kurbelwelle 12 durch einen Integrator 68, ein Proportionalglied 70 und einen Summierer 72 in Analogie zu den Blöcken 46, 54, 56 des Zylindermodells beschrieben.results. The pulley at the clutch distal, first end 24 of the crankshaft 12 is represented by two integrators 60 and 62, a proportional member 64 and a differential former 66. These elements 60, 62, 64, 66 correspond in importance to the blocks 46, 50, 54, 59 of the cylinder model. Similarly, the flywheel at the clutch-side, second end 26 of the crankshaft 12 is described by an integrator 68, a proportional member 70 and a summer 72 in analogy to the blocks 46, 54, 56 of the cylinder model.
Dieses Modell 34 liefert daher sowohlThis model 34 therefore provides both
Winkelgeschwindigkeitswerte als auch Drehmomentwerte jeweils zylinderindividuell als innere Werte des Modells 34, die im Steuergerät 30 berechnet werden, daher im Steuergerät 30 vorliegen und bei der Bildung zylinderindividueller Stellgrößen für die Stellglieder 14, 16 berücksichtigt werden können. Angular velocity values as well as torque values are each cylinder-specific as internal values of the model 34, which are calculated in the control unit 30, therefore present in the control unit 30 and can be considered in the formation of cylinder-individual control variables for the actuators 14, 16.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10), bei dem eine erste Drehkenngröße (wl) an einem ersten Ort (24) längs einer Welle (12) des Verbrennungsmotors (10) gemessen wird und unter Verwendung der erstenA method for operating an internal combustion engine (10), wherein a first rotational characteristic (wl) at a first location (24) along a shaft (12) of the internal combustion engine (10) is measured and using the first
Drehkenngröße (wl) zylinderindividuelle Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Drehkenngröße (w2) an einem zweiten Ort (26) längs der Welle (12) gemessen wird und die zylinderindividuellen Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, .... , MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) unter Verwendung der ersten Drehkenngröße (wl) und der zweiten Drehkenngröße (w2) bestimmt werden.Drehkenngröße (wl) cylinder individual rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) are determined, characterized in that a second rotational characteristic (w2) at a second location (26) along the Wave (12) is measured and the cylinder-specific rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) using the first rotational characteristic (wl) and the second rotational characteristic (w2) are determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehkenngröße (wl, w2) jeweils als Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the first and the second rotational characteristic (wl, w2) is determined in each case as angular velocity.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der ersten Drehkenn- große (wl) und der zweiten Drehkenngröße (w2) eine für den gesamten Verbrennungsmotor charakteristische dritte Drehkenngröße (M3) bestimmt wird, und die zylinderindividuellen Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) aus einem den Verbrennungsmotor (10) repräsentierenden Modell (34) bestimmt werden, wobei Eingangsgrößen (MS24, MS26, M3) des Modells (34) auf der ersten Drehkenngröße (wl) , der zweiten Dreh- kenngröße (w2) und der dritten Drehkenngröße (M3) basieren.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that taking into account the first rotational characteristic large (wl) and the second rotational characteristic (w2) a characteristic of the entire internal combustion engine third rotational characteristic (M3) is determined, and the cylinder-specific rotational characteristics (MFl , wZl, KWW_Z1, MRI, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) are determined from a model (34) representing the internal combustion engine (10), wherein input variables (MS24, MS26, M3) of the model (34) the first rotational parameter (wl), the second rotational characteristic value (w2) and the third rotational characteristic (M3).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Drehkenngröße (M3) als Drehmoment- wert des gesamten Verbrennungsmotors (10) ermittelt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the third rotational characteristic (M3) as the torque value of the entire internal combustion engine (10) is determined.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderindividuellen Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) als zylinderindividuelle Winkelgeschwindigkeiten (wZl) und/oder als zylinderindividuelle Drehmomentwerte (MFl, MRl) ermittelt werden.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the cylinder-specific rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) as cylinder-specific angular velocities (wZl) and / or as cylinder-specific torque values (MFI, MRI) are determined.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (34) für einen k-zylindrigen Verbrennungsmotor (10) ein Modell (34) seiner Welle (12) mit k+2-Abschnitten aufweist, wobei ein erster Abschnitt (24) ein erstes Ende der Welle (12) repräsentiert, weitere Abschnitte (12.1, 12.2, ..., 12. k) jeweils einzeln einen zylinderindividuellen Abschnitt repräsentieren, und der verbleibende n+2-te- Abschnitt (26) ein zweites Ende der Welle (12) repräsentiert, wobei jedem Abschnitt (12.1, 12.2, ..., 12. k) ein Trägheitsmoment (Jl), sowie ein Reibungsmoment (MRl) zugeordnet ist, jeweils Abschnitte (12.1, 12.2, ■■■r 12. k) durch drehelastische Kopplungen miteinander verbunden sind, jeder drehelastischen Kopplung ein Torsionsmoment zugeordnet wird, und jeder zylinderindividueller Abschnitt (12.1, 12.2, ..., 12. k) einen aus der dritten Drehkenngröße (M3) abgeleiteten zylinderindivi- duellen Drehmomentwert (M_KWWZ1) aufweist.6. The method according to at least one of claims 3-5, characterized in that the model (34) for a k-cylinder internal combustion engine (10) has a model (34) of its shaft (12) with k + 2 sections, wherein a first section (24) represents a first end of the shaft (12), further sections (12.1, 12.2, ..., 12. k) each individually represent a cylinder-specific section, and the remaining n + 2-th section (26) represents a second end of the shaft (12), wherein each section (12.1, 12.2, ..., 12. k) an inertia (Jl), and a friction torque (MRl) is assigned, each sections (12.1, 12.2, ■■ ■ r 12 k) are connected to one another by torsionally elastic couplings, each torsional elastic coupling is associated with a torsional moment, and each individual cylinder portion (12.1, 12.2, ..., 12 k) a radical derived from the third rotational characteristic value (M3) zylinderindivi- vidual Torque value (M_KWWZ1) has.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem ersten Abschnitt (24) zugeordneter Drehmoment- wert (MS24) als Drehkenngröße aus einer Abweichung der ersten Drehkenngröße (wl) von einem Schätzwert (wsl) der ersten Drehkenngröße (wl) gebildet wird, und ein dem verbleibenden k+2 -ten Abschnitt (26) zugeordneter Drehmomentwert (MS26) aus einer Abweichung der zweiten Drehkenngröße (w2) von einem Schätzwert (ws2) für die zweite Drehkenngröße (wl) gebildet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a first section (24) associated torque value (MS24) is formed as a rotational characteristic from a deviation of the first rotational characteristic (wl) from an estimated value (wsl) of the first rotational parameter (wl), and a torque value (MS26) associated with the remaining k + 2th segment (26) Deviation of the second rotational characteristic (w2) is formed by an estimated value (ws2) for the second rotational characteristic (wl).
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zylinderindividuelle Stellgrößen unter Verwendung der zylinderindividuellen Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) gebildet werden.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that cylinder-specific manipulated variables are formed using the cylinder-specific rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn).
9. Steuergerät (22), das zylinderindividuelle Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10) unter Verwendung eines Signals eines ersten Drehkenngrößen-Sensors (18) ermittelt, der eine erste Drehkenngröße (wl) an einem ersten Ort (24) längs der Welle (12) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) die zylinderindividuellen Drehkenngrößen (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) unter Verwendung des Signals des ersten Drehkenngrößen- Sensors (18) und eines Signals eines zweiten Drehkenngrößen-Sensors (20) ermittelt, der eine zweite Dreh- kenngröße (w2) an einem zweiten Ort (26) längs der Welle (12) erfasst.9. Control unit (22), the cylinder-specific rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRl, ...., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) of a shaft (12) of an internal combustion engine (10) using a signal of a first Drehkenngrößen- Sensor (18) determines, which detects a first rotational characteristic (wl) at a first location (24) along the shaft (12), characterized in that the control unit (22) the cylinder-specific rotational characteristics (MFl, wZl, KWW_Z1, MRI,. ..., MFn, wZn, KWW_Zn, MRn) using the signal of the first rotational speed sensor (18) and a signal of a second rotational speed sensor (20), which determines a second rotational index (w2) at a second location (26) along the shaft (12) detected.
10. Steuergerät (22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eines der Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 8 ausführt. 10. Control device (22) according to claim 9, characterized in that it carries out at least one of the methods according to claims 2 to 8.
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