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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüchen.
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Aus
der
DE 101 59 017 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei dem wenigstens ein Sensor zur Erfassung einer ersten
Größe, die
den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders charakterisiert,
vorgesehen ist. Ausgehend von dieser ersten Größe wird eine zweite Größe ermittelt,
die den Verbrennungsablauf in dem entsprechenden Brennraum charakterisiert.
Dabei wird im Wesentlichen die Änderung
der ersten Größe und/oder
eine Größe, die den
Verlauf der Verbrennung charakterisiert, ermittelt.
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Bei
Dieselmotoren wird die Einspritzung in einem Brennraum in mehrere
Teileinspritzungen aufgeteilt. Dadurch ergibt sich ein höherer Freiheitsgrad in
der Optimierung der Zielgrößen Verbrauch,
Emission und Komfort. Ferner sind zur Realisierung von Abgasnachbehandlungssystemen
wie Partikelfiltern und NOx-Speicherkatalysatoren
weitere Teileinspritzungen nach der Haupteinspritzung erforderlich.
Um eine genaue Kraftstoffzumessung, insbesondere auch bei den Teileinspritzungen,
erzielen zu können, sind
besondere Maßnahmen
erforderlich.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann eine deutlich verbesserte Kraftstoffzumessung erzielt werden.
Insbesondere bei Teileinspritzungen, bei denen die eingespritzten
Kraftstoffmengen im Bereich der Toleranz des Einspritzsystems liegt,
kann eine deutliche Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine
erzielt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mit wenigstens einem Sensor eine erste
Größe erfasst
wird, die den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders der
Brennkraftmaschine charakterisiert, wobei ausgehend von der ersten
Größe eine
zweite Größe ermittelt
wird, und durch Differenzbildung innerhalb der zweiten Größe Merkmale
gewonnen werden, die unterschiedlichen Teileinspritzungen zugeordnet werden.
Dabei wird die Differenz der zweiten Größe an zwei Zeitpunkten bzw.
Winkelstellungen gebildet. Diese Zeitpunkte bzw. Winkelstellungen
sind so gewählt,
dass sie jeweils zwischen zwei Verbrennungen liegen. Als zweite
Größe wird
vorzugsweise der Summenheizverlauf oder der Summenbrennverlauf verwendet.
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Hierzu
wird ausgehend von der ersten Größe der Heizverlauf
ermittelt. Durch Aufintegration des Heizverlaufs wird dann die zweite
Größe ermittelt. Dies
bedeutet ausgehend von dem Ausgangssignal des Brennraumdrucksensors
wird der Heizverlauf oder der Brennverlauf berechnet. Diese Größe wird im
wesentlichen bestimmt durch die bei der Verbrennung freigesetzte
Wärmemenge.
Durch Aufintegration ergibt sich dann der Summenheizverlauf bzw.
der Summenbrennverlauf.
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Aus
diesem Summenheizverlauf bzw. Summenbrennverlauf werden die Merkmale,
die die Verbrennung charakterisieren bestimmt. Vorzugsweise werden
als Merkmale die freigesetzten Teilwärmemengen der einzelnen Teileinspritzungen
ermittelt. Diese entsprechen bei vollständiger Verbrennung den Einspritzmengen
der Teileinspritzungen.
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Ferner
werden als Merkmale die Einspritzbeginne und/oder die Verbrennungsbeginne
verschiedener Teileinspritzungen ermittelt. Diese Merkmale können zur
Zuordnung und/oder Differenzbildung verwendet werden. Das heißt ausgehend
von dem Brennraumdrucksensor werden die Brennbeginne ermittelt.
Diese so ermittelten Brennbeginne dienen als Zeitpunkte zwischen
denen die Differenz der zweiten Größe berechnet wird. Dies hat
den Vorteil, dass keine weiteren Sensoren benötigt werden.
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Als
Merkmale, die den Verbrennungsbeginn charakterisieren werden die
zeitliche Lage oder Winkelstellung verwendet, bei denen die relativen
Maxima in der zweiten Größe und/oder
der relativen Minima, der den Heizverlauf charakterisierenden Größe, und/oder
die Sattelpunkte der zweiten Größe auftreten.
Diese Größen können mit
geringem Aufwand ermittelt werden Vorzugsweise werden die so ermittelten
Merkmale als Istwert einer Regelung zugeführt. Dadurch ist eine präzise Steuerung
der Brennkraftmaschine möglich.
Insbesondere kann die Einspritzmenge sehr präzise eingestellt werden. Vorzugsweise
werden die freigesetzten Teilwärmemengen
oder die aus diesen berechneten Teilkraftstoffmengen der Regelung
zugeführt.
Besonders vorteilhaft ist dies bei der Voreinspritzung, da diese
sehr genau zu wählen
ist. Bei einer zu kleinen Voreinspritzmenge stellen sich die gewünschten
Effekte im Verbrennungsgeräusch
nicht ein. Bei einer zu großen
Voreinspritzmenge treten erhöhte
Schadstoffemissionen auf.
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Die
Vorgehensweise ist dabei nicht auf die Regelung der Voreinspritzmenge
beschränkt,
sie kann auch bei anderen Teileinspritzungen, wie beispielsweise
der Haupteinspritzung und/oder der Nacheinspritzung verwendet werden.
Vorteilhaft ist, dass ausgehend von dem Brennraumdrucksignal mit geringem
Aufwand die Einspritzmenge oder die Einspritzdauer und/oder der
Einspritzbeginn einer oder mehrerer Voleinspritzungen, und/oder
einer oder mehrerer Haupteinspritzungen und/oder einer oder mehrerer
Nacheinspritzungen ermittelt werden können. Die Einspritzbeginne
werden zur Aufteilung der Wärmemenge
auf die einzelnen Teileinspritzungen verwendet.
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Da
die Wärmemengen
ausgewertet werden, können
auch Einspritzungen ausgewertet werden, bei denen keine Verbrennung
erfolgt. In diesem Fall wird die benötigte Verdampfungswärme der
Auswertung zu Grunde gelegt.
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Erfindungsgemäß werden
ausgehend von dem Summenheizverlauf oder dem Summenbrennverlauf
die Beiträge
der einzelnen Teileinspritzungen zu dem Summenheizverlauf oder dem
Summenbrennverlauf durch Differenzbildung ermittelt. Zur Auswahl
der Zeitpunkte oder der Winkellagen, bei denen die Werte, von denen
die Differenzen gebildet werden, zur Charakterisierung der Wärme- oder
Einspritzmengen berechnet werden, werden die Merkmale herangezogen,
die sich ebenfalls aus Brennraumdrucksignal ergeben.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockdiagramm einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale
und
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3, 4 und 5 eine
entsprechende Reglerstruktur.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Eine Brennkraftmaschine
ist mit 100 bezeichnet. An der Brennkraftmaschine ist zum
einen wenigstens ein Drucksensor 120 und ein Winkelsensor 122 angeordnet.
Der Drucksensor 120 liefert ein Signal P, das den Druck
in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine charakterisiert.
Bei einer ersten Ausgestaltung ist lediglich ein Drucksensor vorgesehen,
der an einem repräsentierenden
Zylinder angeordnet ist und den Druck in diesem Zylinder charakterisiert.
Bei einer zweiten Ausgestaltung ist bei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine
ein Drucksensor angeordnet, der jeweils ein den Druck im Brennraum
des jeweiligen Zylinders charakterisierendes Signal abgibt.
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Der
Winkelsensor 122 ist vorzugsweise an der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine angeordnet und liefert ein hochauflösendes Winkelsignal
W bezüglich
der Winkelstellung der Kurbelwelle. Alternativ kann der Winkelsensor
auch an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
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Des
weiteren sind an der Brennkraftmaschine ein erster Steller 130 und
ein zweiter Steller 135 angeordnet. Die Steller und die
Sensoren stehen mit einer Steuereinheit 110 in Verbindung.
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Das
Signal P des Drucksensors 120 und das Signal W des Winkelsensors 122 gelangen
zu einer Auswerteeinheit 140, die vorzugsweise eine Teileinheit
der Steuereinheit 110 bildet. Die Auswerteeinheit 140 liefert
ein Signal QI an eine Funktionseinheit 150. Die Funktionseinheit
wiederum beaufschlagt den ersten Steller 130 mit einer
ersten Stellgröße Ai und
den zweiten Steller 135 mit einer zweiten Stellgröße B. Bei
der ersten Stellgröße Ai handelt
es sich vorzugsweise um eine zylinderindividuelle Stellgröße, die
für jeden Zylinder
individuell vorgebbar ist. Bei der zweiten Stellgröße B handelt
es sich um eine motorglobale Stellgröße zur Ansteuerung des Stellers 135,
der eine globale Größe steuert.
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Bei
den ersten Stellgrößen Ai handelt
es sich vorzugsweise um die Ansteuerdauern und/oder die Ansteuerbeginne
einer Einspritzung. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Einspritzvorgang
des Arbeitszyklusses in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt ist.
Dabei handelt es sich bei der Stellgröße Ai um die Ansteuerdauer
und/oder den Ansteuerbeginn wenigstens einer der Teileinspritzungen.
Als Teileinspritzungen sind üblicherweise
wenigstens eine Haupteinspritzung, wenigstens eine Voreinspritzung und
wenigstens eine Nacheinspritzung vorgesehen. Insbesondere bei der
Haupteinspritzung und der Voreinspritzung ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise
vorteilhaft. Zusätzlich
oder alternativ zu der Ansteuerdauer und/oder dem Ansteuerbeginn
kann auch der Einspritzratenverlauf der Teileinspritzungen als Steuergröße benutzt
werden. Hierbei handelt es sich um den Verlauf der Einspritzmenge über Zeit bzw.
Winkeleinheit.
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Als
motorglobale Stellgrößen werden
insbesondere der Einspritz- und/oder der Rail- und/oder der Ladedruck und/oder weitere
Stellgrößen, die
die der Brennkraftmaschine zugeführte
Luftmenge beeinflussen, wie bspw. die Abgasrückführrate verwendet.
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Des
weiteren werden der Funktionseinheit 150 die Ausgangssignale
einer weiteren Funktionseinheit 170 zugeführt, die
ebenso wie die Funktionseinheit 150 die Ausgangssignale
weiterer Sensoren 160 verarbeitet, die auch im Bereich
der Brennkraftmaschine angeordnet sein können. Bei der weiteren Funktionseinheit 170 kann
es sich bspw. um eine Steuereinheit zur Steuerung der Abgasrückführung oder
einer der oben genannten globalen Stellgrößen handeln.
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Vorzugsweise
werden die Zylinderdruckverläufe
aller Zylinder Pi einzeln durch Brennraumdrucksensoren erfasst.
Eine Alternative besteht darin, dass nur ein als repräsentativ
behandelter Zylinder mit einer Druckerfassung versehen ist. In beiden
Fällen
wird ein hochaufgelöstes
Winkelsignal W als Bezugsgröße verwendet,
um zum einen die Winkellage, zum anderen den Gradienten berechnen
zu können. Zur
Berechnung eines Gradienten allein kann alternativ auch die Zeit
benutzt werden.
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Die
Sensorsignale Druck P und der Winkel W werden der Auswerteeinheit 140,
die typischerweise ein Bestandteil der Motorsteuerung ist, zugeführt. Ihre
Aufgabe ist die Bildung von Merkmalsgrößen QI, die im folgenden auch
als Merkmales bezeichnet werden und vorzugsweise als Istgrößen einer
Regelung zugeführt
werden und/oder die durch Vergleich mit einem und/oder mehreren
Schwellenwerten auf zulässige
Werte begrenzt werden.
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Der
Heizverlauf DQ bezeichnet die durch die Verbrennung an das Arbeitsgas übergehende
Wärme pro
Kurbelwinkel. Die Einheit des Heizverlaufes ist üblicherweise [J/°KW] oder
entsprechende Umrechnungen. Der Brennverlauf stellt eine analoge Größe dar.
Im Unterschied zum Heizverlauf beinhaltet der Brennverlauf jedoch
die gesamte, während der
Verbrennung freigesetzte Wärme.
Damit ist der Brennverlauf im wesentlichen um die über die
Brennraumwände
abfließende
Wärme pro
Winkeleinheit größer als
der Heizverlauf.
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Unter
Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik werden der Heizverlauf und/oder
der Brennverlauf bei Kenntnis kalorischer Daten von Brenngas und
Kraftstoff sowie Daten der Motorgeometrie unter Zuhilfenahme bestimmter
Modellannahmen aus dem Zylinderdruckverlauf berechnet.
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Entsprechend
den oben genannten Definitionen zum Heizverlauf, stellt der Summenheizverlauf
Q das Integral des Heizverlaufes DQ über dem Kurbelwinkel dar. Der
Summenbrennverlauf entspricht dem Integral des Brennverlaufes über dem
Kurbelwinkel.
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In 2a ist
der Druckverlauf P während
der Verbrennung für
einen Betriebspunkt mit 2 Vor-, einer Haupt- und einer Nacheinspritzung
mit einer durchgezogenen Linie über
der Zeit bzw. über
der Kurbelwellenstellung der Brennkraftmaschine aufgetragen. Ferner
ist der Kompressionsdruck mit einer gestrichelten Linie aufgetragen.
In 2b ist der Heizverlauf DQ ebenfalls über der
Zeit bzw. über
der Kurbelwellenstellung der Brennkraftmaschine aufgetragen. In 2c ist
der Summenheizverlauf Q über
die entsprechenden Größen aufgetragen.
Bei dem Summenheizverlauf Q handelt es sich um das integrierte Signal
des Heizverlaufes DQ. Bei dem Heizverlauf handelt es sich um die
pro Zeiteinheit bzw. Einheit der Kurbelwellenumdrehung an das Arbeitsgas übergehende
Wärme.
In allen drei Signalen sind jeweils die Teileinspritzungen erkennbar.
Jede der Teilverbrennungen führt
zu einem kurzzeitigen Anstieg des Drucksignals P gegenüber dem
nicht dargestellten Kompressionsverlauf. Für den Heizverlauf ergibt sich bei
jeder Verbrennung ein kurzzeitiger Anstieg und Abfall der freigesetzten
Wärme.
Bei dem Summenheizverlauf Q steigt bei jeder Verbrennung das Signal um
einen bestimmten Wert an. In 2 ist
beispielhaft eine Verbrennung mit einer Haupteinspritzung, zwei
Voreinspritzungen und einer Nacheinspritzung dargestellt. Eine solche
Aufteilung in die dargestellte Anzahl der Teileinspritzungen ist
lediglich beispielhaft. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch
bei anderen Aufteilungen in unterschiedliche Einspritzungen eingesetzt
werden.
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2 zeigt, dass die einzelnen Verbrennungen
der einzelnen Teileinspritzmengen im Heizverlauf bzw. im Summenheizverlauf
erkennbar sind.
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Durch
die Aufteilung der Einspritzmenge in eine Vielzahl von Teileinspritzungen
nehmen bei unveränderter
Anforderung an die Gesamtmengengenauigkeit, die Toleranzanforderungen
der Teilmengen zu. Zu diesem Trend tragen auch die immer geringer
werdenden Grenzwerte für
Schadstoffemissionen von Fahrzeugen bei. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann eine verbesserte Brennverlaufsregelung bei einer Brennkraftmaschine
ermöglicht
werden. Bei der Verbrennung wird insbesondere eine einfache Regelung
der Voreinspritzmenge auf über
der Lebensdauer konstante Sollwerte ermöglicht, wodurch eine heute übliche Optimierungsreserve
in der Kompromissauslegung zwischen Geräusch und Emissionen erschlossen
werden kann.
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Erfindungsgemäß werden
aus dem Summenheizverlauf als Merkmale die freigesetzten Teilwärmemengen
Q1 bis Q4 bestimmt, indem der Gesamtumsatz QG auf die Teilverbrennungen
durch Differenzbildung aufgeteilt wird. Für die Aufteilung werden vorzugsweise
die Sattelpunkte oder die relativen Maxima im Summenheizverlauf,
die sich nach Abschluss der jeweiligen Teilverbrennung ausbilden,
als Kriterium verwendet. Alternativ können auch die relativen Minima
im Heizverlauf zur Trennung der Teilverbrennungen herangezogen werden.
Ergänzend
kann vorgesehen sein, dass die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzdauern
als Kriterium für
die Erkennung der Teilverbrennungen genutzt werden. Diese Daten zur
Einspritzung können
mit Hilfe von Schätzwerten für den erwarteten
Zündverzug
den Winkelbereich eingrenzen, in dem die Teilverbrennung auftreten kann.
Damit verbessern sie die Erkennbarkeit von Teilverbrennungen.
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D.h.,
es wird erfindungsgemäß durch
Bildung einer Differenz zwischen zwei Werten des Summenheizverlaufs,
bei zwei Zeitpunkten bzw. zwei Winkelstellungen die Wärmemenge
ermittelt, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls bzw. Winkelintervalls
freigesetzt wird. Wobei dieses Winkelintervall einer bestimmten
Teileinspritzung zugeordnet wird. Die Grenzen dieser Intervalle
werden dabei durch Sattelpunkte oder die relativen Maxima im Summenheizverlauf
festgelegt. Alternativ werden die Grenzen der Intervalle durch die
relativen Minima im Heizverlauf definiert. Ferner können die
Grenzen der Intervalle ausgehend von den Einspritzzeitpunkten und
der Einspritzdauern berechnet werden. Anstelle der Einspritzzeitpunkte
und der Einspritzdauer können
auch diese Größen repräsentierende
Größen verwendet
werden.
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In
einem ersten Schritt werden die Zeitpunkte T1, T2, T3 und/oder T4
bzw. die Winkelstellungen ermittelt, bei der die einzelnen Teilverbrennungen
abgeschlossen sind. Diese Zeitpunkte werden ebenfalls als Merkmalsgrößen betrachtet
und von der Auswerteeinheit 140 ausgehend von dem Brennraumdrucksignal
und/oder weiteren Größen ermittelt.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Zeitpunkte bzw.
Winkelstellungen ermittelt werden, bei denen die zeitliche Ableitung
des Summenheizverlaufs, also der Heizverlauf, den Wert Null annimmt
und das Vorzeichen vom Bereich davor und danach wechselt (relatives
Maximum des Summenheizverlaufes) bzw. den Wert Null annimmt und
das positive Vorzeichen beibehält
(Sattelpunkt des Summenheizverlaufes). In einem zweiten Schritt
werden die Differenzen Q1, Q2, Q3 und/oder Q4 der Werte des Summenheizverlaufs
zu diesen Zeitpunkten, bzw. Winkelstellungen gebildet.
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Diese
so ermittelten Differenzen entsprechen den Teilwärmemengen Q1, Q2, Q3 und/oder
Q4 der jeweiligen Teilverbrennung bzw. der entsprechenden Teileinspritzung.
Diese so ermittelten Teilwärmemengen
Q1 bis Q4 charakterisieren eine Einspritzmasse bzw. eine Einspritzmenge
der jeweiligen Teileinspritzungen und werden erfindungsgemäß mit der
jeweiligen Sollwärmemenge
verglichen. Diese Abweichung zwischen Soll- und Ist-Teilwärmemengen
wird einem Regler zugeführt,
der dann die zugeordnete Teileinspritzmenge entsprechend korrigiert.
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Die
Auswertung des Summenheizverlaufs ist besonders geeignet, da jeder
Anstieg im Summenheizverlauf einer Teilverbrennung zugeordnet werden
kann.
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In
einer Ausgestaltung können
alternativ zur Wärmemenge
auch die aus der Wärmemenge
zurückgerechneten
Einspritzmassen geregelt werden. Die entsprechenden Umrechnungsfaktoren
sind abhängig
von Betriebsparametern, wie insbesondere Last- und Drehzahlen, in Kennfeldern hinterlegt.
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Abhängig von
der Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass lediglich eine der
Teileinspritzungen, wie beispielsweise die Voreinspritzung, entsprechend
geregelt wird. Alternativ können
auch mehrere oder alle Teileinspritzungen entsprechend geregelt werden.
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Teileinspritzungen,
die nicht verbrennen, wie beispielsweise eine späte Nacheinspritzung, die der Regeneration
eines Abgasnachbehandlungssystems dient, und die zu keiner Wärmefreisetzung
führen bzw.
Teileinspritzungen, die aufgrund eines verlängerten Zündverzuges erst zu einem späteren Zeitpunkt
und nicht getrennt von anderen Teileinspritzmengen verbrennen, wie
beispielsweise bei einer homogenen Verbrennung, können mit
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ebenfalls präzise
gesteuert bzw. geregelt werden. Solche Einspritzungen haben keine
Wärmefreisetzung
zur Folge, sondern führen
auf Grund ihrer Verdampfungswärme
zu einem Wärmeverbrauch.
Dies führt
im Gegensatz zu einer Wärmefreisetzung
nicht zu einem Druckanstieg, sondern zu einem geringen Druckabfall
bzw. zu einem verminderten Anstieg. Dies bedeutet, im Summenheizverlauf
ergibt sich im Gegensatz zu 2 kein Anstieg,
sondern ein stufenförmiger
Abfall des Summenheizverlaufs. Durch entsprechende Auswertung können die
entsprechenden Teilwärmemengen,
die den Verdampfungswärmen
entsprechen, berechnet und ausgehend von diesen Wärmemengen
die entsprechenden Kraftstoffmengen bestimmt werden.
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In 3 ist
eine entsprechende Reglerstruktur dargestellt. Der entsprechende
Regler ist in 3 mit 300 bezeichnet.
Dieser gibt das Ansteuersignal Ai an den Steller 130. Dem
Regler wird das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310 zugeführt. Dem Verknüpfungspunkt 310 wird
das Ausgangssignal QI der Auswerteeinheit 140 mit negativem
Vorzeichen und das Ausgangssignal QS des Verknüpfungspunktes 320 mit
positivem Vorzeichen zugeführt.
Dem Verknüpfungspunkt 320 wird
das Ausgangssignal eines ersten Kennfeldes 330 und eines
zweiten Kennfeldes 340 zugeleitet. Den Kennfeldern 340 und 330 werden
die Ausgangssignale verschiedener Sensoren 350, 355 zugeleitet,
die Signale bereitstellen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren.
Vorzugsweise werden Signale bezüglich
der Last der Brennkraftmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine
verarbeitet.
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Im
Folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel einer Voreinspritzung
beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist dabei nicht auf die Verwendung bei der Voreinspritzung beschränkt. Sie
kann bei allen Teileinspritzungen verwendet werden. In dem ersten
Kennfeld 330 ist abhängig
von verschiedenen Betriebszuständen,
wie beispielsweise Last und Drehzahl ein Sollwert für die Einspritzmenge
ME der Voreinspritzung abgelegt. In dem zweiten Kennfeld 340 ist
der Umrechnungsfaktor UF abgelegt, mit dem die Einspritzmenge in
eine Wärmemenge
umgerechnet werden kann. Durch Verknüpfen der Sollwerteinspritzmenge
ME und des Umrechnungsfaktors 320, die vorzugsweise additiv und/oder
multiplikativ erfolgt, ergibt sich der Sollwert für die Wärmemenge
QS, der durch die Voreinspritzung an das Arbeitsgas abgegeben wird.
Die Auswerteeinheit 140 berechnet ausgehend von dem Drucksignal,
das von dem Drucksensor 120 bereit gestellt wird, die entsprechende
Istwärmemenge
QI. Die Sollwärmemenge
QS und QI werden im Verknüpfungspunkt 310 miteinander
verglichen. Der Abweichungswert wird dann dem Regler 300 zugeleitet. Ausgehend
von der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert berechnet
der Regler eine entsprechende Stellgröße Ai zur Beaufschlagung des
Stellers 130. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Menge
der Voreinspritzung oder die Ansteuerdauer und/oder der Beginn der
Voreinspritzung entsprechend angepasst wird.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
wird ausgehend von der Einspritzmenge die Wärmemenge ermittelt und diese
mit dem Istwert verglichen. Alternativ kann auch vorgesehen sein,
dass ein geeigneter Umrechnungsfaktor ermittelt, in einem Kennfeld
abgelegt und dieser mit der Istwärmemenge
verknüpft
wird. Durch Verknüpfen
der Istwärmemenge QI
mit einem geeigneten Umrechnungsfaktor ergibt sich dann der Sollwert
für die
Einspritzmenge. Dieser Istwert für
die Einspritzmenge wird dann mit dem Ausgangssignal des ersten Kennfeldes 330,
der als Sollwert dient, verglichen und einem entsprechenden Regler
zugeführt.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass alternativ oder ergänzend zur Regelung eine Adaption
vorgesehen wird. Hierbei wird die Sollwärmemenge abhängig vom
Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben und im laufenden
Betrieb adaptiert. Die Adaption erfolgt durch Vorgabe und Vergleich
verschiedener Merkmale, die ausgehend vom Zylinderdruckverlauf ermittelt
werden. Ein solches weiteres Merkmal kann beispielsweise der maximale
Druckgradient in einem Winkelbereich oder ein Maximum des Heizverlaufs
sein.
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Die
Messung des Zylinderdrucks ermöglicht es,
Informationen direkt über
die Verbrennung zu gewinnen. Gegenüber der Messung des Körperschalls hat
die Zylinderdruckmessung den Vorteil, dass mehr Informationen über den
Motorzustand gewonnen werden können.
Dies beruht darauf, dass beim Zylinderdrucksensor die tatsächlichen
Druckverläufe
aufgezeichnet werden, während
beim Körperschall
lediglich mechanische Schwingungen erfasst werden. Die Messung und
Auswertung des Zylinderdrucks ist vom Neuzustand der Brennkraftmaschine über die gesamte
Lebensdauer des Fahrzeuges einsetzbar.
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Eine
entsprechende Verbrennungsregelung, basierend auf dem Zylinderdruck,
ermöglicht
die Verbesserung von Emissionswerten bezüglich Partikel, NOx und/oder
Geräusch
durch innermotorische Maßnahmen
bei direkteinspritzenden Motoren. Weiterhin können Toleranzen, insbesondere
verursacht durch die Fertigung, kompensiert werden. Für künftige homogene
oder teilhomogene selbstzündende Brennverfahren
ergeben sich durch die Verbrennungsregelung deutliche Verbrauchs-
und Emissionsvorteile.
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Durch
die Verwendung von selbstlernenden Kennfeldern kann die Anzahl der
notwendigen Kennfelder, also auch der Zeitaufwand bei der Applikation, deutlich
reduziert werden.
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Im
Unterschied zu üblichen
Regelkonzepten bei Verbrennungsmotoren werden bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
nicht Sollwerte für motorische
Ereignisse, wie Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge oder Einspritzdruck,
vorgegeben, sondern es werden direkt den Verbrennungsablauf charakterisierende
Merkmale als Sollzustand definiert. Die die Verbrennung charakterisierenden
Merkmale werden ausgehend von dem Zylinderdruckverlauf und damit
von der Energiefreisetzungsrate berechnet. Die Einstellung der Parameter
der Brennkraftmaschine erfolgt zylinderindividuell über einen
Regler. Die Ausgabewerte des Reglers werden während des Betriebs ebenfalls
zylinderindividuell adaptiert. Damit ist eine schnelle Steuerung
der Betriebsabläufe
möglich.
Weiterhin ist damit eine Reduktion sowohl der Anzahl Signale, als
auch der nötigen
Datenmenge, als auch des Aufwandes für die Bedatung der Kennfelder
möglich.
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Vorzugsweise
erfolgt diese Adaption zylinderindividuell. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn zylinderindividuelle Stellgrößen verwendet werden. Alternativ
kann auch vorgesehen sein, die Adaption auf Basis von über alle
Zylinder gemittelten Werten auszuführen. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn motorglobale Stellgrößen verwendet werden.
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In 4 ist
eine entsprechende Vorgehensweise als Blockdiagramm dargestellt.
Bereits in 3 beschriebene Elemente sind
mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal des
Reglers 300 wird zusätzlich
einer Adaption 400 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Reglers
gelangt ferner über
einen Verknüpfungspunkt 410 zu
dem Steller 130. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 410 liegt
das Ausgangssignal K eines Vorsteuerkennfeldes 420 an.
Dem Vorsteuerkennfeld 420 werden das Ausgangssignal der
Adaption 400 und die Signale N und/oder L, die verschiedene
Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine charakterisieren, zugeleitet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Ausgangsgröße der Adaption nicht dem Kennfeld 420 zugeführt wird,
sondern dass mit der Ausgangsgröße der Adaption
die Ausgangsgröße des Kennfeldes 420 korrigiert
wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310,
das heißt
die Regelabweichung des Reglers 300, der Adaption 400 zugeführt wird.
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In
dem Kennfeld 335 sind entsprechend wie in dem ersten Kennfeld 330 der 3 abhängig vom Betriebszustand
der Brennkraftmaschine der Sollwert der Wärmemenge abgelegt. Alternativ
kann dieser Grundwert entsprechend, wie in 3, ausgehend
von dem Sollwert für
die Einspritzmenge und einem Umrechnungsfaktor vorgegeben werden.
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Ergänzend zu 3 ist
das Vorsteuerkennfeld 420 vorgesehen. In diesem sind abgängig vom Betriebszustand
der Brennkraftmaschine die Ansteuersignale für den Steller 130 abgelegt.
Erkennt der Regler 300, dass die zu regelende Größe QI von
dem Sollwert QS abweicht, gibt er ein entsprechendes Ausgangssignal
an den Verknüpfungspunkt 410. Dies
bedeutet: Sind die Werte des Kennfeldes 420 nicht optimal
vorgegeben, so regelt der Regler 300 die Abweichung der
Größe QI aus.
Ferner ist vorgesehen, dass die Adaption ausgehend von der Regelabweichung
und/oder dem Ausgangssignal des Reglers 30 das Kennfeld 420 adaptiert.
Dies bedeutet zum einen, dass die Adaption 400 die Werte
des Kennfeldes derart verändert,
dass sich der Istwert QI dem Sollwert QS annähert.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass die Adaption multiplikative und/oder
additive Korrekturwerte zur Korrektur des Ausgangssignals des Kennfeldes 420 vorgibt,
und das Ausgangssignal mit diesen Werten korrigiert wird.
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Bevorzugt
ist für
jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Regelung oder zumindestens
ein Kennfeld 420 vorgesehen. Alternativ zum Merkmal QI,
das aus dem beschriebenen Heizverlauf gewonnen wird, können auch
andere aus dem Brennraumdruck und/oder einem Körperschallsensor abgeleitete
Merkmale als Regelgrößen verwendet
werden. Solche Merkmale sind beispielsweise der Beginn einer Verbrennung
und/oder der Schwerpunkt der Verbrennung. Diese Merkmale können aus
dem Brennraumdruck oder dem Körperschallsignal
ermittelt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass im Neuzustand der Brennkraftmaschine dieses
Kennfeld 420 mit einem Einheitswert für alle Betriebspunkte und/oder
alle Zylinder besetzt wird. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine
werden dann die entsprechenden Werte ermittelt und in das Kennfeld 420 eingeschrieben.
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Bei
einer Ausgestaltung ist vorgesehen, den Sollwert eines Merkmales,
in Abhängigkeit
von anderen Merkmalen zu korrigieren. Dies bedeutet, dass ein erstes
Merkmal auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird, wobei der
Sollwert abhängig
von einem zweiten Merkmal korrigiert, das heißt adaptiert wird.
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In 5 ist
eine entsprechende Reglerstruktur dargestellt. Der Regler ist mit
300 bezeichnet. Dieser gibt das Ansteuersignal Ai an den Steller 130. Dem
Regler wird das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 310 zugeführt. Dem
Verknüpfungspunkt 310 wird
das Ausgangssignal M1I der Auswerteeinheit 140 mit negativem
Vorzeichen und das Ausgangssignal M1S des Verknüpfungspunktes 410 mit positivem
Vorzeichen zugeführt.
Dem Verknüpfungspunkt 410 wird
das Ausgangssignal eines ersten Kennfeldes 335 zugeleitet.
Dem Kennfeld 335 werden die Ausgangssignale verschiedener
Sensoren 350, 355 zugeleitet, die Signale bereitstellen,
die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren.
Vorzugsweise werden Signale bezüglich
der Last der Brennkraftmaschine und der Drehzahl der Brennkraftmaschine verarbeitet.
Dem Verknüpfungspunkt 410 wird
ein Ausgangssignal K einer Adaption 400 zugeleitet. Dem
Verknüpfungspunkt 310 und
der Adaption 400 werden Merkmale M1I und M2 von der Auswerteeinheit 140 zugeführt. Hierbei
kann es sich um die selben oder um unterschiedliche Merkmale handeln.
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Im
Folgenden wird die Vorgehensweise am Beispiel des Beginns und dem
Schwerpunkt einer Verbrennung beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist dabei nicht auf diese Merkmale der Verbrennung beschränkt. Sie
kann bei allen beliebigen Merkmalen, die ausgehend von dem Brennraumdrucksignal
oder einem Signal eines Körperschallsensors
ermittelt werden, die den Verbrennungsvorgang charakterisieren,
verwendet werden.
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In
dem ersten Kennfeld 335 ist abhängig von verschiedenen Betriebszuständen, wie
beispielsweise Last und Drehzahl ein Sollwert für die Verbrennungsbeginn M1S
abgelegt. Der Istwert für
den Verbrennungsbeginn M1I wird von der Auswerteeinheit 140 bereitgestellt.
Diese berechnet den Istwert M1I ausgehend von dem Brennraumdrucksignal
oder eines anderen geeigneten Signals, das den Verbrennungsvorgang
charakterisiert. Der Sollwert M1 S und der Istwert M1I werden im
Verknüpfungspunkt 310 miteinander
verglichen. Der Abweichungswert wird dann dem Regler 300 zugeleitet.
Ausgehend von der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert
berechnet der Regler eine entsprechende Stellgröße Ai zur Beaufschlagung des
Stellers 130. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Beginn
der Einspritzung oder der Beginn der Ansteuerung entsprechend angepasst
wird.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass ein weiteres Merkmal M2 von der Auswerteeinheit 140 ausgehend
von dem Brennraumdrucksignal oder eines anderen geeigneten Signals,
das den Verbrennungsvorgang charakterisiert, ermittelt wird. Beispielsweise
handelt es sich hierbei um den Schwerpunkt der Verbrennung. Ausgehend
von diesem Merkmal M2 berechnet die Adaption ein Korrekturwert zur
Korrektur des Sollwerts M1S. Diese ist so gewählt, dass sich der Schwerpunkt
der Verbrennung einem gewünschten
Wert annähert.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
wird das Ausgangssignal M1S des Kennfeldes 335 mit dem
Korrekturwert K korrigiert, das heißt das Ausgangssignal wird
adaptiert. Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen,
dass mit dem Korrekturwert K die Kennfeldwerte im Kennfeld 335 korrigiert
werden. Das heißt
die Kennfeldwerte werden adaptiert. Diese Ausgestaltung ist in 5 gestrichelt
dargestellt.
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Anstelle
des Verbrennungsschwerpunktes und des Verbrennungsbeginns können von
der in 5 dargestellten Regelstruktur auch andere Paarungen
von Merkmalen bearbeitet werden. Als Merkmale eignen sich alle Merkmale,
die ausgehend von Signalen abgeleitet werden, die ein Brennraumdrucksensor,
ein Körperschallsensor
oder ein anderer Sensor, der geeignete Signale bereitstellt, das
den Verbrennungsvorgang charakterisiert.