DE10140376A1 - Kalibirierungsverfahren für Schichtlademotoren mit Direkteinspritzung - Google Patents

Kalibirierungsverfahren für Schichtlademotoren mit Direkteinspritzung

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Abstract

Ein Verfahren zur Erstellung von Parameterabbildungen bei einem Schichtladungsmotor mit Direkteinspritzung (DISC) umfasst den Schritt der Erzeugung einer geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung und einer Drehmoment-Abbildung aus Abbildungsdaten des Motors (10) im stationären Zustand, den Schritt der Erzeugung einer Trajektorie für transienten Motorbetrieb entlang eines vorgegebenen Parametervektors zu einem zugehörigen gewünschten Drehmoment sowie den Schritt einer iterativen Modifikation der geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung als Funktion des erzeugten Drehmomentes, welches aus der Trajektorie für transienten Motorbetrieb resultiert. Gemäß einem Aspekt des vorliegenden Verfahrens enthält der Schritt der iterativen Modifikation der geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung die Aktualisierung der Kraftstoffabbildung zu jedem Abtastzeitpunkt (t¶k¶) unter Anwendung einer aktuellen geschätzten Kraftstoffrate, die mit der geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung in Beziehung steht, und der Bestimmung des Motordrehmomentwertes entsprechend dem Parametervektor. Der Drehmomentwert wird anschließend invertiert, um die Kraftstoffabbildung als Funktion des Motordrehmomentwertes zu aktualisieren. Das Verfahren ist vorteilhaft, da die Zeit zur Abbildung einer DISC-Motor-Drehmoment-Strategie reduziert werden kann, weil die Kalibrierung mit transienten Motorantworten anstelle von stationären Daten durchgeführt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Modellierung und Re­ gelung von Motoren, insbesondere ein Verfahren zur Kalibrie­ rung eines Schichtladungsmotors mit Direkteinspritzung bzw. Direktinjektion (DISC: Direct Injection Stratified Charge).
Durch die Technologie der DISC-Benzinmotoren wird eine Ver­ besserung der Kraftstoffausnutzung durch Einsatz einer ge­ schichteten Verbrennung ermöglicht, mittels derer der Ein­ satzbereich der mageren Verbrennung signifikant ausgedehnt und Pumpverluste im Motor reduziert werden können. Vergli­ chen mit einem herkömmlichen Benzinmotor mit Einlasska­ naleinspritzung (PFI: port fuel injection) ist ein DISC Mo­ tor hinsichtlich Hardware und Betriebsstrategie wesentlich komplexer aufgebaut. Wie ein PFI-Motor weist ein DISC-Motor einen Ansaugkrümmer, Verbrennungskammern und ein Auslasssy­ stem auf. Die Hardwarekonstruktion und -konfiguration eines DISC-Motors unterscheidet sich jedoch hinsichtlich mehrerer Schlüsselaspekte von einem PFI-Motor. Zum einen ist die An­ ordnung der Einspritzeinrichtungen bzw. Injektoren jeweils unterschiedlich. In DISC Motoren wird der Kraftstoff direkt in die Zylinder statt in den Einlasskanal eingespritzt. Wei­ terhin weist die Kraftstoffanlage Unterschiede auf. Ein wichtiger Aspekt der DISC-Technologie stellt ein Hochdruck- Kraftstoffsystem dar, das bei einem Druck betrieben wird, der zehn bis fünfzehn mal höher als derjenige eines PFI- Kraftstoffsystems ist. Die Konfiguration der Verbrennungs­ kammer von DISC-Motoren zeichnet sich ferner durch unebene Kolbenköpfe mit gezielt konstruierten Hohlräumen aus, um ei­ ne Schichtladung sicherzustellen. Die Abgasnachbehandlungs­ anordnung eines DISC Motors erfordert typischerweise die Kombination eines Dreiwegekatalysators (TWC) mit einer Ma­ ger-NOX-Falle (LNT), um die jeweiligen Emissionsstandards er­ füllen zu können.
Aufgrund der speziellen Kolbenkonstruktion und aufgrund des Hochdruck-Kraftstoffsystems kann ein DISC-Motor durch eine in Bezug auf andere Motorereignisse abgestimmte Zeitsteue­ rung der Kraftstoffinjektion in zwei verschiedenen Modi be­ trieben werden. Bei einer frühen Injektion im Einlasstakt besteht ausreichend Zeit für die Durchmischung von Luft und Kraftstoff, um zum Zeitpunkt der Initiierung der Zündung ei­ ne homogene Ladung zu bilden. Andererseits führt die spezi­ elle Ausgestaltung der Verbrennungskammer und die Kolbenbe­ wegung bei später Injektion im Kompressionstrakt zur Bildung einer geschichteten Ladungsmischung, welche insgesamt sehr mager, jedoch um die Zündkerze herum fett ist. In einem ty­ pischen DISC-Motor kann auch ein vorteilhaft positioniertes Drall-Regelungsventil dazu beitragen, die Schichtung in dem einen Modus zu verstärken und eine gute Mischung in dem an­ deren Modus sicherzustellen.
Die diesen beiden Modi entsprechenden Drehmoment- und Emis­ sionscharakteristiken sind auch insofern unterschiedlich, als dass verschiedene Strategien benötigt werden, um die Mo­ torleistung in diesen unterschiedlichen Modi zu optimieren. Weiterhin sind zusätzlich zu den Standard-Motorkontrollvari­ ablen wie Drosselklappe, Kraftstoffrate, Zündungs-Zeitsteue­ rung und Abgasrückführung (EGR) weitere Parameter wie die Einspritz-Zeitsteuerung, der Druck im Kraftstoffverteiler­ rohr (fuel rail) und die Einstellung des Drall-Regelungsven­ tils verfügbar.
Die erhöhte Komplexität des Systems in Verbindung mit strin­ genteren Anforderungen bezüglich der Kraftstoffökonomie und der Emissionen haben den DISC-Motor zu einer regelungsinten­ siven Technologie gemacht, wobei es erheblich vom Regelungs­ system abhängt, ob die erwarteten Vorteile auch umgesetzt werden können. Aufgrund der großen Anzahl von Regelungsein­ gangsgrößen und Leistungsindizes - wie Kraftstoffverbrauch, Emissionen und anderen Fahrverhaltenskennzahlen - stützt sich die Entwicklung von DISC-Motor-Regelungsstrategien und die Systemoptimierung massiv auf modellbasierte Ansätze und computerunterstützte Entwurfswerkzeuge für die Motorrege­ lung.
Insbesondere ist die Entwicklung von Kalibrierungstabellen oder Motorabbildungen (engine maps) für DISC-Motoren sehr zeitaufwendig. Ein Motorbetrieb (engine sweep) an einem ein­ zigen Motordrehzahl/Motorlast-Betriebspunkt kann Zehntausen­ de von Abbildungspunkten im stationären Zustand erfordern. Jeder Punkt erfordert stabilisierte Motorbedingungen, bis zu deren Erreichen mehrere Minuten gewartet werden muss. Auf diese Weise führen sämtliche Hardware-Änderungen, die die Notwendigkeit zur Rekalibrierung von Motorbetriebstabellen nach sich ziehen, zu signifikanten Entwicklungsverzögerun­ gen. Daher besteht ein Bedarf für alternative Verfahren, mit welchen die Zeit und der notwendige Aufwand zur Kalibrierung einer Motorstrategie reduziert werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementspre­ chend darin, ein verbessertes Verfahren zur Kalibrierung ei­ nes Schichtladungsmotors mit Direkteinspritzung bereitzu­ stellen.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Schichtladungsmo­ tors mit Direkteinspritzung (DISC). Das Verfahren umfasst die Schritte der Erzeugung einer geschätzten Kraftstoffra­ ten-Abbildung (fueling rate map) und Drehmoment-Abbildung (torque map) aus Abbildungsdaten des Motors im stationären Zustand, der Erzeugung einer Trajektorie für einen transien­ ten Motorbetrieb entlang eines vorgegebenen Parametervektors zu einem zugehörigen gewünschten Drehmoment und der iterati­ ven Modifikation der geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung als Funktion des erzeugten Drehmomentes, das aus der Tra­ jektorie für transienten Motorbetrieb resultiert.
Gemäß einem Aspekt des vorliegenden Verfahrens enthält der Schritt der iterativen Modifikation der geschätzten Kraft­ stoffraten-Abbildung das Aktualisieren der Kraftstoffversor­ gungs-Abbildung (fueling map) zu jedem Abtastzeitpunkt (tk) durch Anwendung einer aktuellen geschätzten Kraftstoffrate, die mit der geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung in Bezie­ hung steht, und der Bestimmung des Motordrehmomentwertes entsprechend dem Parametervektor. Der Drehmomentwert wird dann invertiert, um die Kraftstoffabbildung als Funktion des Motordrehmomentwertes zu aktualisieren.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Zeit zur Kalibrierung oder Abbildung einer Motordrehmo­ ment-Strategie reduziert werden kann, da die Kalibrierung mit Hilfe von transienten Motorantwortdaten durchgeführt werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner der Kalibrie­ rungsaufwand reduziert, weil keine detaillierte und genaue Darstellung für die Drehmoment-Abbildung und die Kraftstoff­ versorgungs-Abbildung entwickelt und identifiziert werden muss, da diese Abbildungen im Laufe der Adaptation automa­ tisch erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch insofern vorteilhaft, als mit dieser die Genauigkeit erhöht wird, mit der das ge­ wünschte Drehmoment erhalten werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines DISC-Motorsystems, bei dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann,
Fig. 2 ein logisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung eines DISC-Motors gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3A und 3B Diagramme, aus denen der verringerte Drehmomentfehler und die verbesserte Kraftstoffra­ te bei Einsatz des vorliegenden Verfahrens er­ sichtlich sind.
In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines DISC-Motorsystems dargestellt. Das DISC-Motorsystem weist einen durch eine elektronische Motorsteuerung 12 geregelten bzw. gesteuerten Motor 10 mit mehreren Zylindern auf, von denen einer in Fig. 1 dargestellt ist. Im Allgemeinen regelt die Steue­ rung 12 die Luft/Kraftstoffzumessung des Motors (Zeitsteue­ rung und Beschaffenheit), die Zündung, die Abgasrückführung (EGR) etc. als Funktion von Sensorausgangswerten wie z. B. der Ausgangswerte eines Abgassauerstoffsensors 16 oder eines Proportional-Abgassauerstoffsensors 24. Gemäß Fig. 1 weist der Motor 10 weiterhin (pro Zylinder) eine Brennkammer 30 mit Zylinderwänden 32 und mit einem in der Brennkammer ange­ ordneten Kolben 36 auf, der mit einer Kurbelwelle 40 verbun­ den ist. Die Brennkammer 30 kommuniziert wie dargestellt mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 über ein entsprechendes Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54. Der Einlasskrümmer 54 kommuniziert wie dargestellt weiterhin mit dem Drosselkörper 58 über eine Drosselplatte 62. Vor­ zugsweise wird die Drosselplatte 62 über einen Antriebsmo­ tor 61 elektronisch gesteuert. Die Brennkammer 30 kommuni­ ziert ferner wie dargestellt mit einem Hochdruck-Kraftstoff­ injektor 66 zur Abgabe von Kraftstoff proportional zur Puls­ breite eines Signals fpw von der Steuerung 12. Kraftstoff wird an den Kraftstoffinjektor 66 über eine Kraftstoffanlage (nicht dargestellt) geliefert, welche einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Hochdruck-Kraftstoffverteiler­ rohr enthält.
Weiterhin gibt eine Zündanlage 88 in Reaktion auf ein Signal der Steuerung 12 mittels einer Zündkerze 92 einen Zündfunken an die Brennkammer 30 ab.
Die in Fig. 1 dargestellte Steuerung 12 ist als herkömmli­ cher Mikrocomputer ausgebildet, enthaltend eine Mikroprozes­ soreinheit 102, Eingangs/Ausgangsports 104, Nur-Lese-Spei­ cher 106, Direktzugriffspeicher 108 und einen herkömmlichen Datenbus. Wie dargestellt, empfängt die Steuerung 12 zusätz­ lich zu den vorstehend diskutierten Signalen verschiedene Messwerte von mit dem Motor 10 in Verbindung stehenden Sen­ soren, u. a. Messwerte des Einlassluftmassenstroms (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 110, der mit dem Drosselkör­ per 58 in Verbindung steht, Messwerte der Motorkühlmittel­ temperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der mit ei­ ner Kühlmanschette 114 in Verbindung steht, Messwerte des Ansaugdruckes (MAP) von einem Einlasskrümmersensor 116, der mit dem Einlasskrümmer 44 in Verbindung steht sowie Messwer­ te eines Profil-Zündungsaufnahmesignal (PIP: profile igniti­ on pickup signal) von einem Hall Sensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist.
Das DISC-Motorsystem gemäß Fig. 1 enthält ferner eine Lei­ tung 80, welche zur Abgasrückführung (EGR) den Auslasskrüm­ mer 48 mit dem Einlasskrümmer 44 verbindet. Die Abgasrück­ führungsrate wird durch ein EGR-Ventil 81 in Reaktion auf ein Signal EGR der Motorsteuerung 12 gesteuert.
Das DISC-Motorsystem gemäß Fig. 1 enthält ferner eine Ab­ gasnachbehandlungsanordnung 20, welche einen Dreiwegekataly­ sator (TWC) und eine Mager-NOX-Falle (LNT) aufweist.
Während des Betriebs hängt das Motordrehmoment T von der Kraftstoffrate des Motors (Wf), der Zündzeitsteuerung s des Motors, dem Ansaugdruck (p1), dem Abgasanteil im Einlasskrüm­ mer (F1) und dem Massenstrom in die Zylinder (Wcyl) ab. Die funktionelle Abhängigkeit ist für den geschichteten (strati­ fied) und den homogenen Verbrennungsmodus jeweils unter­ schiedlich:
T = Ts (Wf, p1, s, F1, N) im geschichteten Verbrennungsmodus,
T = Th (Wf, p1, s, F1, N) im homogenen Verbrennungsmodus (1)
Um den Wert der gewünschten Drehmomentabgabe Td zu erhalten, werden die Drehmomentfunktionen (1) invertiert. Speziell wird der Wert der Kraftstoffrate gemäß
Wf = Ls (Td, p1, s, F1, N, Wcyl)
im geschichteten Verbrennungsmodus,
Wf = Lh (Td, p1, s, F1, Wcyl)
im homogenen Verbrennungsmodus (2)
erzeugt, so dass der Drehmomentwert von Td für gegebene Werte s, p1, N und F1 erhalten werden kann. Die Variablen F1 und Wcyl werden mittels einer Luftladungsfunktion (air-charge fea­ ture) geschätzt, während die übrigen Variablen von Sensoren gemessen werden.
Im Allgemeinen ist die in einen Zylinder angesaugte Ladung während eines Einlassereignisses (120 Wcyl/(nN), wobei n die Anzahl der Zylinder ist) proportional zum Ansaugdruck. Ande­ re Variablen wie die Motordrehzahl (N) und die Einlasskrüm­ mertemperatur (ti) beeinflussen die Pumpleistung und die vo­ lumetrische Effizienz. Basierend auf den Beobachtungen von Motor-Abbildungsdaten für viele verschiedene Motoren - ein­ schließlich DISC-Motoren - wurde die folgende statische Re­ gressionsgleichung verwendet, um die Motorpumprate darzu­ stellen:
Wcyl = (f1 0 + f1 1 N + f1 2 ti + f1 3 Pi + f1 4 NPi + f1 5 ti Pi) N (3),
wobei f1 i, i = 0, . . ., 5 Koeffizienten sind, welche durch Re­ gression von Testdaten unter Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate oder anderer Kurvenfitting- Techniken bestimmt werden. Die Temperatur des Ansaugkrümmers hängt von dem Luftmassenstrom und der EGR gemäß folgender Funktion ab:
ti = f2 0 + + f2 1 E + f2 2 Wa + f2 3 E2 + f2 4 EWa + f2 5 Wa 2 (4),
wobei E der EGR-Massenprozentsatz ist.
Die Gleichungen (1) und (2) stellen die Motorabbildungen für das Drehmoment und die Kraftstoffrate dar. Diese Motorabbil­ dungen werden zuerst durch anfängliche Approximation der Abb. (1) und (2) aus verfügbaren Abbildungsdaten in ei­ nem stationären Zustand bestimmt. Diese Approximation kann und muss nicht exakt sein. In einem zweiten Schritt werden die Abbildungen unter Verwendung des nachfolgend beschriebe­ nen adaptiven Algorithmus aus Daten feinabgestimmt, die durch Fahren des Motors durch verschiedene transiente bzw. Übergangs-Trajektorien erhalten wurden.
Im Folgenden wird ein adaptiver bzw. selbstanpassender Algo­ rithmus beschrieben, der verwendet wird, um die Genauigkeit der Abbildungen des Drehmomentes und der Kraftstoffrate zu erhöhen. Bei dem Algorithmus wird davon ausgegangen, dass das Motordrehmoment gemessen oder geschätzt wird (z. B. aus Zylinderinnendruck-Messungen).
T(Wf, v) repräsentiert die "wahren" Drehmoment-Abbildungen, die durch einen Drehmomentsensor im Kalibrierungsfahrzeug oder auf dem Motor-Dynamometer bzw. -Prüfstand gemessen wur­ den, wobei v = [p1, N, s, Wcyl, F1] ein Parametervektor ist, der anhand der bereits vollständig kalibrierten Luftladungs- Funktion geschätzt wird.
T0(Wf, v) repräsentiert die anfängliche Drehmoment- Approximation, die basierend auf der Regression von Motor- Abbildungsdaten des stationären Zustandes in dem ersten vor­ stehend beschriebenen Schritt erhalten wurde, und Wf,0(Td, v) ist die entsprechende Inverse (d. h. die Kraftstoffabbil­ dung).
Es ist wünschenswert, die Kraftstoffabbildung online so zu adaptieren, dass
Wf(Td, v) = Wf,0(Td, v) + W f(Td, v),
T(Wf(Td, v),v) = Td (5)
Man beachte, dass die Funktion T zwar unbekannt ist, jedoch bei spezifiziertem Td und v "gemessen" werden kann.
Nachfolgend wird als Darstellung bzw. Repräsentation für Wf(Td, v) eine linear parametrisierte funktionale Reihe sub­ stituiert:
wobei Φi spezifizierte Basisfunktionen wie Polynome oder neuronale Netzwerke sind. Das Tabellen-Lookup wird durch Auswahl von Φi als multidimensionale B-Splines implemen­ tiert. Die Werte von λ werden online aktualisiert.
Unter der Annahme, dass zu einem Zeitpunkt t = kT die ange­ wendete Kraftstoffrate W k f ist, resultiert ein gemessener Drehmomentwert Tk = T(W k f, vk). Daraufhin wird ein im Zeit­ punkt t = (k+1)T anzuwendender aktualisierter Wert W k+1 f gemäß der folgenden Formel hergeleitet (unter der Annahme vk+1 = vk):
Durch Wahl von ΔW k f in (7) minimiert jede Iteration das fol­ gende Kriterium J:
Wenn der Gradient von T(Wk f, vk) in Bezug auf Wf, d. h. D1T (wk f, vk) bekannt ist (dieser wird später berechnet wer­ den), dann ist, falls |ΔW k f| klein ist, eine lineare Approxi­ mation gültig, und das Minimierungsproblem nimmt die folgen­ de Form an:
Wenn die Ableitung gleich Null gesetzt wird, wird die not­ wendige Bedingung für das Minimum in der folgenden Form er­ halten:
Die Zahl ΔW k f wird nunmehr verwendet, um die Parameter in der Darstellung (6) von W f(Td, v) zu aktualisieren. Durch Inter­ pretation des erzeugten Vektors W k+1 f = W k f + ΔW k f als "neue Messung" der Funktion (6) erzeugt das Verfahren sukzessive eine Approximation des unbekannten Parameters X zur Zeit t = (k+1)T gemäß dem folgenden Projektionsalgorithmus:
wobei a < 0, 0 < y < 2 und ak ein Tote-Zonen-Parameter (dead- band parameter) ist.
Im Rahmen der nachfolgenden Diskussion wird eine Online- Approximation für den Gradienten DIT entwickelt. In Analogie zu den Darstellungsformeln (5), (6) für die Kraftstoffrate Wf stellt die folgende Gleichung das Drehmoment T(Wf, v) dar:
wobei H = (H1, . . ., Hm) ein Reihenvektor spezifizierter Basis­ funktionen ist. Die Ableitung des Drehmomentes (13) in Bezug auf die Kraftstoffrate Wf hat die folgende Form:
Um eine Abschätzung (14) zu erhalten, wird der Wert θ online unter Verwendung des folgenden Projektionsalgorithmus aktua­ lisiert:
wobei a < 0, 0 < y < 2, ak ein Tote-Zonen-Parameter, Tk = T (Wk f, vk) ein gemessener Drehmomentwert und Tk 0 die an­ fängliche Approximation des Drehmomentwertes T0(Wk f, vk) ist.
In Fig. 2 ist ein logisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung eines DISC-Motors gemäß einer Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Schritt 200 erzeugt der Kalibrator eine transiente Trajektorie für den Motor durch Anwendung von Anregungssignalen. Die Motorpara­ meter - wie z. B. die Motorkraftstoffrate, die Zündzeitsteue­ rung, der Ansaugdruck, der Anteil verbrannter Gase und die Massenstromrate durch die Zylinder - werden durch v reprä­ sentiert. Diese Werte werden so gesetzt, dass ein gewünsch­ ter Drehmomentwert Td erzeugt wird.
Im Schritt 202 bestimmt das Verfahren den Mittelwert des ge­ messenen Motordrehmoments zu jedem Abtastzeitpunkt tK = kT. Das Drehmoment wird vorzugsweise anhand des Drehmomentsen­ sors oder aus Zylinderinnendruck-Messungen und einem Träg­ heitsmodell des Motors bestimmt. Der gemessene Drehmoment­ wert zu jedem Zeitpunkt (Tk s = T(Wk f, vk) wird bestimmt durch Anwendung der Kraftstoffrate
Wf k = Wf,0(Td(kT), vk) + W f(Td(kT), vk),
die gemäß Gleichung (6) mit der aktuellen skalaren Parame­ terschätzung λ = λk gemäß Gleichung (12) erzeugt wird. Die Gradientenapproxlmation der Gleichung (14) wird dann durch den Projektionsalgorithmus gemäß Gleichung (15) aktuali­ siert. Im Schritt 204 wird die Kraftstoffabbildung von Glei­ chung (5) gemäß Gleichung (12) aktualisiert.
Nachfolgend wird ein Anwendungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens unter Verwendung eines DISC-Motormodells mit ei­ nem EGR-Prozentsatz von Null beschrieben. Wie vorstehend be­ schrieben, werden im ersten Schritt grobe anfängliche Appro­ ximationen der Kraftstoff- und Drehmoment-Abbildungen aus verfügbaren Abbildungsdaten des stationären Zustands entwic­ kelt. In diesem Falle ist das Motorbremsdrehmoment die Summe des Reibungsdrehmomentes, des Pumpdrehmoments und des ange­ zeigten (indicated) Drehmomentes. Das Reibungsdrehmoment hängt quadratisch von der Motordrehzahl und linear vom An­ saugdruck ab. Das Pumpdrehmoment hängt linear vom Ansaug­ druck ab, und das angezeigte Drehmoment hängt quadratisch von der Abweichung des Zündwertes vom MBT-(maximalen Brems­ drehmoment)-Zündwert und linear von der Kraftstoffrate ab.
Bei einer gegebenen Betriebsbedingung gibt es eine optimale Zündzeiteinstellung (sMBT), welche dem maximalen Bremsdrehmo­ ment (MBT) und damit der besten Kraftstoffausnutzung ent­ spricht. Die MBT-Zündzeitsteuerung hängt von den Motorbe­ triebsvariablen wie der Motordrehzahl, dem Luftmassenstrom, dem Luft/Kraftstoffverhältnis, dem EGR und der Einspritz­ zeitsteuerung ab. SMBT wird in der Drehmomentgleichung verwen­ det, um die Effekte der Zündzeitsteuerung auf das Motor­ drehmoment zu normalisieren. Das Modell für SMBT wird entweder durch eine Kurvenanpassung der MBT-Zündzeitsteuerungsdaten in Bezug auf N, pi, r und E abgeleitet, wobei N die Motor­ drehzahl, pi der Ansaugdruck, r das Luft/Kraftstoffverhältnis sowie E der EGR-Prozentsatz ist. Alternativ wird das Modell durch Regression des Motordrehmoments als Funktion von N, pi, r, E, s und anschließende analytische Suche des Zündzeit­ punkt mit maximalem Drehmoment (setze dTb/ds = 0 und löse nach s auf) abgeleitet.
Um sicherzustellen, dass die Formel der Motordrehmoment- Darstellung invertierbar in Bezug auf Wf ist, wird die fol­ gende allgemeine Parametrisierung verwendet:
T = a0 + a,N + a2N2 + a3pi + a4Npi + Wf(b0 +bi(s - sMBT)2) (16)
wobei
b0 = b01 + b02N + b03/N
b1 = b11 + b12N + b13/N
und
sMBT = c0 + c1N + c2/N + c3(Wcyl/Wf)
Auf diese Weise erfordert die Invertierung dieses Ausdruckes in Bezug auf Wf nur die Lösung einer quadratischen Gleichung. Die korrespondierende Drehmomentregression wird dann als T0(Wf, v) gesetzt.
Anschließend wird der iterative Abbildungsalgorithmus ausge­ führt, um die Kraftstoffabbildung aus den transienten Daten feinabzustimmen, so dass
wobei die Φi spezifizierten Basisfunktionen - wie z. B. Poly­ nome - sind und wobei λi online aktualisiert wird, um die folgende Fehlergröße zu reduzieren:
error = |T(W1(Td, v), v) - Td|
Fig. 3A zeigt die Abweichung der Drehmomentabgabe von dem gewünschten Drehmoment vor der Adaptation (Linie 300) und nach der Adaptation (Linie 302) auf der Trajektorie, die für die Adaptation verwendet wurde. Die Drosselklappen- und die Zündzeitsteuerung wurden über ein Zeitintervall von 60 Se­ kunden periodisch angeregt. Wie aus Fig. 3B ersichtlich, wird die Kraftstoffrate nach der Adaptation (Linie 306) im Vergleich zu der Kraftstoffrate vor der Adaptation (Li­ nie 304) ebenfalls verbessert.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbesser­ tes DISC-Motor-Kalibrierungsschema bereitgestellt, welches in einfacher Weise die Entwicklung einer DISC-Motor Rege­ lungsstrategie und eine Systemoptimierung durch einen mo­ dellbasierten Ansatz erlaubt. Obwohl die Erfindung in Ver­ bindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beschrie­ ben wurde, versteht es sich, dass diese nicht auf diese Aus­ führungsformen beschränkt ist. Zum Beispiel kann das Abbil­ dungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch während des Echtzeitbetriebes des Motors als Teil der Motorrege­ lungsstrategie verwendet werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Abbildung von Betriebsparametern eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere eines Schichtla­ dungsmotors mit Direkteinspritzung (DISC-Motor), ge­ kennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Erzeugung einer geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung und Drehmoment-Abbildung aus Abbildungsdaten des Mo­ tors im stationären Zustand,
Erzeugung einer Trajektorie für transienten Motorbe­ trieb entlang eines vorgegebenen Parametervektors (v) und
iterative Modifikation der genannten geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung als Funktion des erzeugten Drehmomentes, welches aus der genannten Trajektorie für transienten Motorbetrieb resultiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der iterativen Modifikation der ge­ schätzten Kraftstoffraten-Abbildung für jeden Abtast­ zeitpunkt tk die folgenden Schritte enthält:
Anwendung einer aktuellen geschätzten Kraftstoffrate, die mit der genannten geschätzten Kraftstoffraten-Ab­ bildung in Beziehung steht,
Bestimmung des Motordrehmomentwertes, der dem genann­ ten Parametervektor (v) entspricht und
Aktualisieren der Kraftstoffabbildung als Funktion des Motordrehmomentwertes.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestimmung des Motordrehmoment­ wertes, der dem Parametervektor (v) entspricht, den Schritt der Messung des Motordrehmoments enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestimmung des Motordrehmoment­ wertes, der dem Parametervektor (v) entspricht, den Schritt der Abschätzung des Motordrehmomentwertes aus Messungen des Zylinderinnendrucks und einem Motorträg­ heitsmodell enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametervektor (v) einen An­ saugdruckwert (p1), einen Motordrehzahlwert (N), einen Zündzeitsteuerungswert (s), einen Zylinder-Luftmassen­ stromwert (wcyl) und einen Abgas-Anteilswert (F1) ent­ hält.
6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erzeugung einer Trajektorie für transienten Motorbetrieb den Schritt der Störung bzw. Perturbation wenigstens einer der folgenden Größen enthält: EGR-Ventilposition, Drossel­ klappenposition oder Kraftstoffrate.
7. Verfahren zur Gewinnung einer Kraftstoffabbildung für einen Verbrennungsmotor (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Erzeugung einer geschätzten Drehmoment-Abbildung (T0) aus Abbildungsdaten des Motors im stationären Zustand,
Invertierung der Drehmoment-Abbildung zur Erzeugung einer geschätzten Kraftstoffraten-Abbildung (Wf,0(Td, v)),
Störung bzw. Perturbation des Motorbetriebs durch Er­ zeugung einer transienten Trajektorie des Motorbe­ triebs entlang eines vorgegebenen Parametervektors (v) und
Modifizierung der genannten geschätzten Kraftstoffra­ ten-Abbildung mit einer vorgegebenen zeitlichen Abta­ strate (tk = kT) zu jedem Abtastzeitpunkt als Funktion eines erzeugten Drehmomentwertes, welcher aus der ge­ nannten Trajektorie für transienten Motorbetrieb re­ sultiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Modifizierung der genannten ge­ schätzten Kraftstoffraten-Abbildung die folgenden Schritte enthält:
Anwendung einer aktuellen geschätzten Kraftstoffrate, welche mit der genannten geschätzten Kraftstoffraten- Abbildung gemäß der folgenden Gleichung verbunden ist:
Wf(Td, v) = Wf,0(Td, v) + W f(Td, v);
Bestimmung des Motordrehmomentwertes, der dem genann­ ten Parametervektor (v) und der genannten Kraftstoff­ rate entspricht, wodurch die Kraftstoffabbildung (Wf(Td, v)) als Funktion des Motordrehmomentwertes und des Parametervektors erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Aktualisierung einer Gradienten-Approxi­ mation für den genannten Motordrehmomentwert gemäß der folgenden Gleichung:
wobei H = (H1, . . ., Hm) ein Zeilenvektor vordefinierter Basisfunktionen ist und θ zu jedem Zeitpunkt gemäß dem folgenden Projektionsalgorithmus aktualisiert wird:
wobei a < 0, 0 < y < 2, ak ein Tote-Zonen-Parameter, Tk = T(Wk f, vk) ein gemessener Drehmomentwert und Tk 0 die anfängliche Approximation des Drehmomentwertes T0(Wk f, vk) ist.
10. Verfahren nach einen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erzeugte Drehmoment­ wert ein gemessener Motordrehmomentwert ist.
11. Verfahren nach einen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erzeugte Drehmoment­ Wert ein aus Messungen des Zylinderinnendrucks und ei­ nem Trägheitsmodell des Motors geschätzter Mo­ tordrehmomentwert ist.
12. Verfahren nach einen der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Parametervektor (v) einen Ansaugdruckwert (p1), einen Motordrehzahl­ wert (N), einen Zündzeitsteuerungswert (s), einen Zy­ linder-Luftmassenstromwert (Wcyl) und einen Abgas- Anteilswert (F1) enthält.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Störung bzw. Per­ turbation des genannten Motorbetriebes den Schritt der Störung wenigstens einer der folgenden Größen enthält: Gaspedal-Positionseingabe, Prozentsatz der Abgasrezir­ kulation oder Zündzeitsteuerungswert.
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