-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine
mit einem Saugrohr, das abhängig
von der Stellung eines Gaseinlassventils mit einem Brennraum eines
Zylinders kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das so angeordnet
ist, dass es Kraftstoff in das Saugrohr zumisst. Ein Kraftstoff-Wandfilmmodell
ist vorgesehen, mittels dessen ein Kraftstoff-Wandfilm an der Wandung
des Saugrohres abschätzbar
ist und das mindestens ein Kennfeld umfasst und/oder mindestens
eine Kennlinie umfasst, deren Eingangsgrößen Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine sind.
-
Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich Schadstoffemissionen
machen es erforderlich, die bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
in dem jeweiligen Brennraum des Zylinders oder der Zylinder der
Brennkraftmaschine entstehenden Schadstoffe so gering wie möglich zu
halten und/oder mittels eines dazu geeigneten Abgassystems die Schadstoffe
im unschädliche
Stoffe umzuwandeln. In diesem Zusammenhang ist es von sehr hoher
Bedeutung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in den
jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine sehr präzise eingestellt
wird und zwar auch in instationären
Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine. Je präziser
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch
in instationären
Betriebszuständen
eingestellt wird, desto weniger muss ein Abgaskatalysator zum Puffern
von Gemischabweichungen dimensioniert sein und desto kompakter kann
er somit sein.
-
Aus
der
DE 197 27 861
C1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine
bekannt mit einem in einem Saugrohr des Ansaugtraktes angeordneten
Einspritzventil, mittels dessen Kraftstoff in das Saugrohr zugemessen
werden kann. Eine einzuspritzende Kraftstoffmenge wird in Abhängigkeit
der angesaugten Luft, der Drehzahl, des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
sowie, insbesondere in einem instationären Betriebszustand, eines
Korrekturwertes eines Wandfilmmodells ermittelt. Abhängig von
der ermittelten einzuspritzenden Kraftstoffmasse wird dann das Einspritzventil
angesteuert.
-
Das
Kraftstoff-Wandfilmmodell hängt
ab von einer aktuellen zuzumessenden Kraftstoffmasse, einer in einem
vorangegangenen Arbeitsspiel zugemessenen Kraftstoffmasse und einem
Gesamtwandfilmmengenfaktor, der aus einem Kennfeld abhängig von
einer Kühlmitteltemperatur
ermittelt wird. Das Modell umfasst ein PT1-Glied. Zum Adaptieren
des Wandfilmmodells wird bei einem erkannten Lastwechsel ein Adaptionsfaktor
für das
Modell ermittelt. Mittels des Adaptionsfaktors wird dann der mittels des
Wandfilmmodells ermittelte Korrekturwert entsprechend angepasst.
Der Adaptionsfaktor wirkt jedoch auf alle ermittelten Korrekturwerte
gleich ein, also unabhängig
davon in welchem Betriebszustand und bei welchen Werten der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
sie ermittelt wurden.
-
Aus
der
DE 41 15 211 A1 ist
ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer
Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die zuzumessende Kraftstoffmenge
abhängig
von einer Lastgröße ermittelt
wird und mittels eines Übergangskompensationssignals
korrigiert wird. Das Übergangskompensationssignal
wird mittels eines Wandfilmmengenkennfelds abhängig von der Last und der Drehzahl
ermittelt. Jeweils für
den Beschleunigungs- und den Verzögerungsfall werden je ein Kor rektursignal
ermittelt, das mittels einer Adaption abhängig von einer Kraftstofffehlmenge
korrigiert wird, die aus den Signalen eines Lambdareglers abgeleitet
wird, und zwar während
einer Laständerung. Mittels
dieser Korrektur wird lediglich ggf. für den Fall des Beschleunigens
und des Verzögerns
jeweils ein eigener Korrekturwert ermittelt. Abgesehen davon wirken
sich die Korrekturwerte gleich auf die Übergangskompensation aus, unabhängig von
den aktuell vorliegenden Betriebsgrößen.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, das beziehungsweise die einfach ist und ein präzises Steuern der
Brennkraftmaschine gewährleistet.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr,
das abhängig
von der Stellung eines Gaseinlassventils mit einem Brennraum eines
Zylinders kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das so angeordnet
ist, dass es Kraftstoff in das Saugrohr zumisst. Ferner ist ein
Kraftstoff-Wandfilmmodell vorgesehen, mittels dessen ein Kraftstoff-Wandfilm
an der Wandung des Saugrohres abschätzbar ist und das mindestens
ein Kennfeld umfasst und/oder mindestens eine Kennlinie umfasst,
deren Eingangsgrößen Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine sind. Eine zuzumessende Kraftstoffmasse wird
abhängig
von einer Lastgröße der Brennkraftmaschine
und einem Korrekturwert ermittelt, der mittels des Wandfilmmodells
ermittelt wird. Ein Stellsignal zum Ansteuern des Einspritzventils
wird abhängig
von der zuzumessenden Kraftstoffmasse erzeugt. Eingangsgrößen des Wandfilmmodells
und mindestens ein zugehöriges Fehlermaß werden
jeweils für
erkannte Lastwechsel erfasst oder ermittelt und werden jeweils als
Datensatz zwischengespeichert. Ein Justieren zumindest eines Teils
des oder der Kennfelder oder der Kennlinie oder der Kennlinien erfolgt
abhängig
von mehreren zwischengespeicherten Datensätzen. Durch das Justieren erfolgt
ein direkter Eingriff in das Wandfilmmodell, das heißt Kennfeldstützstellen
werden durch das Justieren direkt verändert. Durch dieses Vorgehen
können
einfach während
des Betriebs der Brennkraftmaschine auftretende, das heißt reale,
Lastwechsel eingesetzt werden zum Verändern der Kennfelder das heißt der Stützstellen
der Kennfelder. Durch das Justieren zumindest eines Teils des oder der
Kennfelder oder der Kennlinie oder der Kennlinien abhängig von
mehreren zwischengespeicherten Datensätzen kann das Kraftstoff-Wandfilmmodell einfach
an die jeweilige individuelle Brennkraftmaschine angepasst werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Eingangsgrößen des
Kraftstoff-Wandfilmmodells und vorgegebene Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine als Grund-Datensätze in vorgebbaren Zeitabständen oder
je nach vorgebbaren Kurbelwellenwinkeln in einem Ringpuffer zwischengespeichert.
Nach dem Erkennen eines Lastwechsels wird abhängig von den zwischengespeicherten
Grund-Datensätzen,
die dem Lastwechsel zuzuordnen sind, der Datensatz ermittelt. Dies
hat den Vorteil, dass mit geringem Speicheraufwand einfach sichergestellt
werden kann, dass der jeweilige Datensatz vollständig und präzise ermittelt werden kann.
Darüber
hinaus wird einfach sichergestellt, dass nach einem erkannten Lastwechsel,
der grundsätzlich
erst nach dem Beginn des Lastwechsels erkannt werden kann, auch
noch auf die Grunddatensätze
zurückgegriffen
werden kann, die dem Zeitpunkt seit dem Beginn des Lastwechsels
bis zu dessen Erkennens zugeordnet sind.
-
Besonders
vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der für den Ringpuffer
zur Verfügung
gestellte Speicherplatz so anhand einer die Dauer vorangegangener
Lastwechsel charakterisierenden Größe eingestellt wird, dass in
ihm alle Grund-Datensätze gespeichert
werden können,
die einem Lastwechsel zuzuordnen sind. Auf diese Weise kann einfach
sichergestellt werden, dass nicht einzelne Grund-Datensätze, die
dem Lastwechsel zuzuordnen sind, dann letztlich zur Auswertung des
Lastwechsels nicht mehr zur Verfügung
stehen. Andererseits kann so sichergestellt werden, dass für den Ringpuffer
möglichst
wenig Speicherplatz reserviert werden muss.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem
aktuell ermittelten Datensatz ein Gütewert zugeordnet, der abhängig von
einem oder mehreren zugehörigen
Fehlermaßen
und/oder einer oder mehrerer Eingangsgrößen des Wandfilmmodells des
aktuell ermittelten Datensatzes ermittelt wird. Ferner wird dann
der aktuelle Datensatz in einem Zwischenspeicher gespeichert, wenn
dort freier Speicherplatz zur Verfügung steht oder, wenn ein weiterer
bereits zwischengespeicherter Datensatz einen niedrigeren Gütewert hat,
dieser Datensatz durch den aktuellen Datensatz in dem Zwischenspeicher
ersetzt wird.
-
So
kann einfach sichergestellt werden, dass Datensätze in dem Zwischenspeicher
erhalten bleiben, die für
das Justieren wichtig sind, und so das Justieren anhand der wichtigsten,
das heißt
für das Verbessern
des Kraft-Wandfilmmodells am meisten verantwortlichen Datensätze erfolgt.
Darüber
hinaus kann so auch einfach der benötigten Speicher für den Zwischenspeicher
auf ein vertretbares Maß reduziert sein.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
das Justieren in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in
dem eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine von anderen Rechenaufgaben
entlastet ist. Dadurch ist es möglich mittels
aufwändiger
Berechnungen das oder die Kennfelder, die Kennlinie oder die Kennlinien
sehr präzise
anhand der in dem Zwischenspeicher gespeicherten Datensätze zu justieren
ohne sonstige Funktionen zum Steuern der Brennkraftmaschine zu beeinträchtigen.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft wenn der Betriebszustand,
in dem das Justieren erfolgt, der Betriebszustand des Motorstopps
ist.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach
einer erfolgten Justierung bei einem erkannten Lastwechsel erneut
zumindest ein Fehlermaß ermittelt.
Abhängig
von dem dann ermittelten Fehlermaß wird geprüft, ob die Justierung erhalten
bleiben soll oder nur teilweise erhalten bleiben soll oder rückgängig gemacht
werden soll und erst nach dieser Prüfung zu der Justierung herangezogene
Datensätze
zum Ersetzen in dem Zwischenspeicher freigegeben. Auf diese Weise
kann einfach vermieden werden, dass eine ungewollte Verschlechterung
der Steuerung der Brennkraftmaschine durch das Justieren bewirkt
wird und gegebenenfalls das Justieren mit den zwischengespeicherten
Datensätzen
erneut in modifizierter Form erfolgen kann.
-
Wenn
den zum Justieren herangezogenen Datensätzen während des Zeitraums nach dem
Justieren bis zum Abschluss der Prüfung der Justierung ein maximaler
Gütewert
zugeordnet wird und ihnen anschließend ein geringerer Gütewert zugeordnet wird,
ist auf einfache und speicherschonende Weise sichergestellt, dass
erst nach der Prüfung
die zum Justieren herangezogenen Datensätze zum Ersetzen freigegeben
werden.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das
mindestens eine Fehlermaß abhängig von
Größen eines
Lambdareglers gebildet. Dies hat den Vorteil, dass Lambdaregler
zum Steuern von Brennkraftmaschinen, insbesondere Benzin-Brennkraftmaschinen,
regelmäßig vorhanden sind
und ferner derartige Größen des
Lambdareglers charakteristisch sind für Fehler des Kraftstoff-Wandfilmmodells.
-
In
diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Fehlermaß abhängig von
einem Sollwert und einem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum des Zylinders und
einer Stellgröße des Lambdareglers
ermittelt wird.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Fehlermaß ein Extremum des Gemischbildungsfehlers ist,
der abhängig
von dem Sollwert und dem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum des Zylinders und
der Stellgröße des Lambdareglers über den
Verlauf des jeweiligen Lastwechsels ermittelt wird. Dies hat den
Vorteil, dass ein solches Fehlermaß sehr aussagekräftig über den
jeweiligen Fehler des Wandfilmmodells ist.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Fehlermaß ein
Extremum eines Integrals des Gemischbildungsfehlers. Dies hat ebenfalls
den Vorteil, dass das Integral des Gemischbildungsfehlers den jeweiligen
Fehler des wahren Kraftstoff-Wandfilmmodells sehr präzise charakterisiert.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnung
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,
-
2 ein
Blockschaltbild eines Teils einer Steuerfunktionalität der Steuereinrichtung,
-
3 ein
Ablaufdiagramm eines ersten Teils eines Programms zum Justieren
eines Wandfilmmodells das in der Steuereinrichtung abgearbeitet
wird,
-
4 ein
Ablaufdiagramm des zweiten Teils des Programms gemäß 3 und
-
5 einen
Verlauf verschiedener Betriebsgrößen während eines
Lastwechsels.
-
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, eine Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4.
-
Der
Ansaugtrakt hat eine Drosselklappe 11, die in einem Ansaugstutzen
angeordnet ist, der in einen Sammler 12 mündet. Von
dem Sammler 12 erstreckt sich ein Saugrohr 13 hin
zu einem Einlass eines Zylinders Z1. Ein Einspritzventil 19 ist
so angeordnet, dass es Kraftstoff in das Saugrohr 13 einspritzen
kann.
-
Dem
Motorblock 2 ist eine Kurbelwelle 21 zugeordnet,
die über
eine Pleuelstange 25 mit einem Kolben 24 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 3 umfasst ein Gaseinlassventil 30 und
ein Gasauslassventil 31. Das Gaseinlassventil 30 und das
Gasauslassventil 31 werden über Ventilantriebe 32, 33 angetrieben.
Je nach Stellung des Gaseinlassventils 32 kommuniziert
das Saugrohr 13 mit einem Brennraum des Zylinders Z1, das
heißt
wenn das Gaseinlassventil 30 den Einlass freigibt kann
Luft aus dem Saugrohr 13 hinein in den Brennraum des Zylinders
Z1 strömen.
In dem Zylinderkopf 3 ist ferner eine Zündkerze 35 so angeordnet,
dass sie in dem Brennraum des Zylinders Z1 hineinragt. Ferner ist
bevorzugt eine Nockenwelle vorgesehen, welche auf die Ventilantriebe 32, 33 einwirkt.
-
Der
Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 40.
-
Ferner
ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, die auch als Vorrichtung
zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden kann, die abhängig von
Messgrößen, die
von Sensoren erfasst werden, Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern erzeugt,
die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Steuereinrichtung 6 ist
eine elektronische Motorsteuerung. Die Sensoren sind ein Luftmassenmesser 14,
welcher einen Luftmassenstrom MAF erfasst, ein erster Temperatursensor 15,
welcher eine Ansauglufttemperatur T_IM erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 16,
welcher einen Saugrohrdruck erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22,
welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und dem dann eine Drehzahl
N zugeordnet wird, ein zweiter Temperatursensor 23, welcher
eine Kühlmitteltemperatur
TCO erfasst, ein Nockenwellenwinkelsensor 36a, welcher einen
Nockenwellenwinkel erfasst, eine Sauerstoffsonde 41, welche
den Sauerstoffanteil des Abgases erfasst, dem dann das zugrundeliegende
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
vor der Verbrennung in den Brennraum des Zylinders Z1 zugeordnet
wird. Ferner ist als weiterer Sensor ein Pedalstellungsgeber 71 vorgesehen,
welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst. Es können der
Steuereinrichtung alle genannten Sensoren zugeord net sein oder auch
nur ein Teil davon oder auch zusätzliche
Sensoren.
-
Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine sind neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Zwischengrößen zur
Bestimmung der Stellsignale SG zum Ansteuern der Stellglieder.
-
Stellgeräte der Brennkraftmaschine
umfassen jeweils ein Stellglied und einen diesem zugeordneten Stellantrieb.
Die Stellantriebe können
ein elektromotorischer Antrieb, ein elektromagnetischer Antrieb,
ein Piezoantrieb oder ein weiterer für diesen Zweck geeigneter Antrieb
sein. Die Stellglieder sind das Gaseinlassventil, das Gasauslassventil,
die Zündkerze 35,
die Drosselklappe 11 und auch das Einspritzventil 19.
Auf die Stellgeräte
wird im folgenden mit ihren Stellgliedern Bezug genommen.
-
In
dem Zylinder Z1 umfasst die Brennkraftmaschine bevorzugt noch weitere
Zylinder Z2, Z3, Z4, welchen dann entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls
entsprechende Sensoren zusätzlich zugeordnet
sind. Anhand eines Blockschaltbilds (2) ist im
folgenden das Ermitteln eines Stellsignals SG für das Einspritzventil 19 erläutert.
-
Ein
Lambdaregler LR umfasst eine Summierstelle S1, in der die Differenz
eines Sollwertes LAM_SP und eines Istwertes LAM_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
ermittelt wird. Der Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
kann beispielsweise in etwa dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechen.
Er kann jedoch auch andere Werte annehmen. Der Istwert LAM_RV des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
wird aus dem Messsignal der Sauerstoffsonde 41 abgeleitet.
-
Die
Differenz des Sollwertes LAM_SP und des Istwertes LAM_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
bildet eine Regeldifferenz des Lambdareglers LR. Die Regeldifferenz
wird einem ersten Block B1 zugeführt,
der einen Integrator aufweist. Der Ausgang des ersten Blocks B1
wird dann einem zweiten Block B2 zugeführt, welcher einen zweiten
Integrator umfasst. Die Ausgangsgröße des Block B2 ist die Stellgröße des Lambdareglers
LR und ist ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC.
-
In
einem Block B3 wird eine in den Zylinder Z1 zuzumessende Kraftstoffmasse
MFF ermittelt und zwar abhängig
von einer Lastgröße, so zum
Beispiel einem Luftmassenstrom MAF in dem Zylinder Z1, dem Lambdaregelfaktor
LAM_FAC und gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen.
-
Die
in den Zylinder zuzumessende Kraftstoffmasse MFF wird mittels eines
Korrekturwertes MFF_COR korrigiert und zwar bevorzugt additiv, wodurch
sich dann eine durch das Einspritzventil 19 zuzumessende
Kraftstoffmasse MFF_EV ergibt. In einem Block B4 wird dann abhängig von
der durch das Einspritzventil 19 zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_EV
ein Stellsignal SG erzeugt zum Ansteuern des Einspritzventils 19.
-
Ein
Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM ist vorgesehen, mittels dessen der
Korrekturwert MFF_COR ermittelt wird. Das Kraftstoff-Wandfilmmodell
umfasst mindestens ein Kennfeld und/oder mindestens eine Kennlinie,
bevorzugt jedoch mehrere Kennfelder und mehrere Kennlinien. Das
Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM ist ein physikalisches Modell des
Ablagerungs- und Verdampfungsverhaltens von Kraftstoff an der Wandung
des Saugrohres 13. Es modelliert das Ablagerungs- und Verdampfungsverhalten
des Kraftstoffs an der Wandung des Saugrohrs 13 bevorzugt
im wesentlichen mittels zweier PT1-Glieder, bei denen eines eine kleine
Zeitkonstante und bei dem andere eine größere Zeitkonstante hat. Das
Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM umfasst mehrere Kennfelder KF1 bis
KF4. Die Kennfelder KF1 und KF2 haben als Eingangsgrößen jeweils
die Kühlmitteltemperatur
TCO und die Drehzahl N und ordnen abhängig von der Kühlmitteltemperatur
TCO und der Drehzahl N Ausgangsgrößen zu, die dann in dem Block
B5 den PT1-Gliedern zugeführt
sind. Über ein
weiteres Kennfeld KF3 ist der durch das Einspritzventil 19 zuzumessenden
Kraftstoffmasse MFF_EV, die in einem vorangegangenen Berechnungsschritt ermittelt
wurde und gegebenenfalls einer weiteren Betriebsgröße einer
Ausgangsgröße zugeordnet,
die wiederum eine Eingangsgröße in dem
Block B5 ist. Darüber
hinaus erfolgt mittels eines Kennfeldes KF4 eine Zuordnung der Ausgangsgröße des Kennfeldes KF4
zu der Ansauglufttemperatur T_IM und der Drehzahl N.
-
Eine
Ausgangsgröße einer
Kennlinie KL1 wird abhängig
von der durch das Einspritzventil 19 zuzumessenden Kraftstoffmasse
MFF_EV ermittelt. Eine Ausgangsgröße der Kennlinie KL2 wird abhängig von
dem Luftmassenstrom MAF in den Zylinder Z1 mittels der Kennlinie
KL2 zugeordnet.
-
Dem
Block B5 können
auch weitere Betriebsgrößen als
Eingangsgrößen zugeordnet
sein. Abhängig
von den Eingangsgrößen des
Blockes B5 wird dann in dem Block B5 der Korrekturwert MFF_COR ermittelt.
Stützpunkte
der Kennfelder KF1 bis KF4 und der Kennlinien KL1, KL2 sind bevorzugt durch
Versuche mit einer Referenz-Brennkraftmaschine, zum Beispiel an
einem Motorprüfstand
ermittelt und spätestens
am Bandende bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugs, in dem die
Brennkraftmaschine angeordnet ist, in einem Speicher der Steuereinrichtung 6 abgespeichert.
Die Stützstellen
der Kennfelder KF1 bis KF4 und der Kennlinien KL1 und KL2 können jedoch
gegebenenfalls in ihrer ursprünglich eingespeicherten
Form abweichen von dem tatsächlichen
Verhalten der jeweiligen ihnen zugeordneten individuellen Brennkraftmaschine.
-
Das
Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM kann auch weitere Kennfelder abhängig von
weiteren Messgrößen oder
Betriebsgrößen und
ebenso weitere Kennlinien umfassen. Darüber hinaus sind vorzugsweise
Kennfelder getrennt für
die Fälle
eines positiven und eines negativen Lastwechsels vorgesehen. Das
in der Steuereinrichtung 6 gespeicherte Kraftstoff-Wandfilmmodell
WFM kann so deutlich über
10 Kennfelder, zum Beispiel 17 Kennfelder umfassen. Das Kraftstoff-Wandfilmmodell
WFM ist bezüglich
der Bedatung der Stützstellen
der Kennfelder aufgrund von Untersuchungen an einer Referenz-Brennkraftmaschine
bestimmt. Neben Ungenauigkeiten in der Abschätzung des Wandfilms, die durch
Herstellungstoleranzen der jeweiligen individuellen Brennkraftmaschine
herrühren,
verändert
sich der tatsächliche
Wandfilmaufbau und -abbau auch abhängig von weiteren Größen, wie
der Motorlaufleistung.
-
Ein
Programm zum Justieren zumindest eines Teils der Kennfelder KF1
bis KF4 oder der Kennlinien KL1, KL2 ist im folgenden anhand des
Ablaufdiagramms der 3 und 4 erläutert.
-
Ein
Programm zum Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM ist im
folgenden anhand der 3 und 4 erläutert. Das
Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen
initialisiert werden. Der Start erfolgt bevorzugt zeitnah zu dem
Motorstart.
-
In
einem Schritt S2 wird ermittelt, ob ein Lastwechsel LW aktuell vorliegt.
Dies erfolgt bevorzugt abhängig
von einem Gradienten der Drehzahl N und/oder einem Gradienten einer
Lastgröße, die
beispielsweise die zeitliche Ableitung der in den Zylinder Z1 zugemessenen
Kraftstoffmasse MFF, also der Kraftstoffmassenstrom sein kann. Alternativ
oder auch zusätzlich
können
dies auch andere Lastgrößen, wie
beispielsweise der Luftmassenstrom MAF in den Zylinder Z1 oder ein
Gradient der Drosselklappenstellung TPS oder ein von der Brennkraftmaschine
abzugebendes Drehmoment sein. Die Lastgröße oder die Lastgrößen werden
im Hinblick auf das Erkennen eines Beginns eines Lastwechsel daraufhin überwacht,
ob ihre Gradienten betragsmäßig einen vorgegebenen
ersten Schwellenwert überschreiten. Ist
dies der Fall so wird ein Beginn eines Lastwechsels erkannt. Die
Zuordnung, ob es sich dabei um einen positiven oder negativen Lastwechsel
handelt, das heißt
um ein Beschleunigungs- oder einen Verzögerungsvorgang, kann dann abhängig von
dem jeweiligen Vorzeichen des Gradienten bestimmt werden. Ein Ende
eines Lastwechsels wird daran erkannt, dass der oder die Gradienten
betragsmäßig einen
vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten.
-
Die
zum Ermitteln des Lastwechsels LW benötigte Drehzahl oder Lastgröße oder
Lastgrößen werden
aus einem Ringpuffer RP eingelesen. Der Ringpuffer RP hat einen
vorgebbaren Speicherplatz, zum Speichern einer vorgebbaren Anzahl
an Grund-Datensätzen. Den
Grund-Datensätzen
sind Eingangsgrößen des
Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM und vorgegebene weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
jeweils zugeordnet. Zu vorgebbaren Zeitpunkten oder Kurbelwellenwinkeln
werden jeweils die aktuellen Werte dieser Eingangsgrößen des
Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM und der vorgebbaren Betriebsgrößen als
ein Grund-Datensatz in dem Ringpuffer RP abgespeichert. Die Speicherplätze werden
in zyklischer Reihenfolge belegt. Dies hat zur Folge, dass jeweils
der aktuell bereits am längsten
gespeicherte Grund-Datensatz bei einem erneuten Speichervorgang
durch den aktuellen Grund-Datensatz ersetzt wird. Das Zeitraster
oder auch das Kurbelwellenwinkelraster, in dem jeweils ein neuer Grund-Datensatz
in den Ringpuffer RP abgespeichert wird, ist bevorzugt so gewählt, dass
anhand der in dem Ringpuffer befindlichen Grund-Datensätze ein Lastwechsel
LW nachträglich
mit der gewünschten Genauigkeit
rekonstruiert werden kann.
-
Die
Anzahl der möglichen
in dem Ringpuffer RP gespeicherten Datensätze kann fest vorgegeben sein,
vorteilhaft im Hinblick auf einen geringen Speicherbedarf kann sie
jedoch auch anhand einer die Dauer vorangegangener Lastwechsel charakterisierenden
Größe so eingestellt
werden, dass in dem Ringpuffer alle Grund-Datensätze gespeichert werden können, die
dem jeweiligen Lastwechsel zuzuordnen sind. Dies kann beispielsweise
anhand einer nachfolgend beschriebenen Ermittlung einer Dauer des
Lastwechsels erfolgen.
-
Durch
den Ringpuffer RP wird auf speicherschonende Weise sichergestellt,
dass jeweils nach Erkennen eines Lastwechselbeginns T_LW_ST noch alle
Grund-Datensätze,
die dem Lastwechsel zuzuordnen sind zur Verfügung stehen.
-
In
einem Schritt S4 wird anschließend
geprüft
ob ein Lastwechsel vorliegt und zwar, ob ein Lastwechsel begonnen
hat. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt
S5 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeit
T_W verharrt, bevor es erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S4 hingegen erfüllt, so wird einem Lastwechselbeginn
T_LW_ST ein entsprechender Zeitwert oder Kurbelwellenwinkelwert
zugeordnet durch eine entsprechende zeitliche oder kurbelwellenwinkelabhängige Zuordnung des
jeweiligen Grund-Datensatzes, der den Beginn des Lastwechsels markiert.
-
In
einem Schritt S8 erfolgt dann eine Sperrung L des Ringpuffers RP,
das heißt
beginnend mit dem jeweiligen Grund-Datensatz, der dem Lastwechselbeginn
T_LW_ST zugeordnet ist wird das Überschreiben
dieses und der nachfolgenden Grund-Datensätze in dem Ringpuffer RP gesperrt.
-
In
einem Schritt S10 wird entsprechend dem Schritt S2 ermittelt, ob
weiterhin ein Lastwechsel LW vorliegt und dann geprüft, ob der
Lastwechsel LW weiterhin vorliegt. Ist die Bedingung des Schrittes S10
nicht erfüllt,
so verharrt das Programm anschließend für die vorgegebene Wartezeitdauer
T_W in dem Schritt S12, bevor erneut der Schritt S10 abgearbeitet
wird.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S10 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt
S14 das Lastwechselende T_LW_E ermittelt. Dies erfolgt ebenso wie
beim Lastwechselbeginn T_LW_ST durch Zuordnung des jeweiligen Kurbelwellenwinkels
oder auch Zeitpunktes des jeweiligen Grund-Datensatzes, der das
Ende des Lastwechsels LW markiert. Abhängig von dem Lastwechselende
T_LW_E und dem Lastwechselbeginn T_LW_ST kann dann eine Dauer des Lastwechsels
LW ermittelt werden und abhängig
davon der Speicherbedarf des Ringpuffers entsprechend dynamisch
angepasst werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Speicherplatz des
Ringpuffers so bemessen wird, dass die einer maximalen Zeitdauer
vorangegangener erfasster Lastwechsel LW zugeordnete Anzahl an Grund-Datensätzen plus
einer Sicherheitsreserve in dem Ringpuffer RP gleichzeitig gespeichert
sein können.
-
In
einem Schritt S16 wird dann ein Gemischbildungsfehler D_LK_ERR abhängig von
dem Sollwert LAM_SP und dem Istwert LAM_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
und des Lambdaregelfaktors LAM_FAC ermittelt. Der Gemischbildungsfehler
D_LK_ERR ist charakteristisch für
die Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
die während des
Lastwechsels auftreten würde,
wenn der Lambdaregler LR nicht aktiv wäre korrigiert um eine Grund-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung,
die der Lambdaregler im stationären
Fall ausgleicht. Er ist somit charakteristisch dafür, wie gut
das Wandfilmmodell mittels des Korrekturwertes MFF_COR während eines
Lastwechsels die durch das Einspritzventil zuzumessende Kraftstoffmasse
MFF_EV korrigiert. Der Gemischbildungsfehler D_LK_ERR wird bevorzugt
für die
gesamte Dauer des Lastwechsels ermittelt.
-
Wesentlich
bei der Ermittlung bei des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR ist,
dass dem jeweiligen Istwert LAM_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
derjenige Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zugeordnet wird, der für
die Bildung des Luft/Kraftstoff-Gemisches gültig war, das dann zeitlich
versetzt als Abgaspaket an der Sauerstoffsonde 41 vorbeigeströmt ist und
dort erfasst wurde. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft,
wenn in dem Ringpuffer RP in den jeweiligen Grund-Datensätzen auch
eine entsprechende Zeitinformation abgespeichert ist.
-
In
einem Schritt S18 wird anschließend
ein Minimalwert MIN_D_LK_ERR abhängig
von dem Verlauf des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR ermittelt.
-
In
einem Schritt S20 wird ein Maximalwert MAX_D_LK_ERR abhängig von
dem Verlauf des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR ermittelt.
-
In
einem Schritt S22 wird dann ein Verlauf eines Integrals D_LK_ERR_I über den
Gemischbildungsfehler D_LK_ERR beginnend mit dem Lastwechselbeginn
T_LW_ST bis zum Lastwechselende T_LW_E ermittelt.
-
In
einem Schritt S24 wird anschließend
ein Minimalwert MIN_D_LK_ERR_I des Integrals D_LK_ERR_I über den
Gemischbildungsfehler D_LK_ERR_I ermittelt.
-
In
einem Schritt S24 wird ein Maximalwert MAX_D_LK_ERR_I des Integrals
D_LK_ERR_I des Gemischbildungsfehler D_LK_ERR_I ermittelt.
-
Die
in den Schritten S18, S20, S24 und S26 ermittelten Werte sind dann
zum Speichern in einem Zwischenspeicher ZW als Datensatz vorgesehen. Dem
Datensatz werden anschließend
auch noch nachfolgend in den Schritten S30 und S32 ermittelte Werte
zugeordnet.
-
In
dem Schritt S30 werden anhand der als Grund-Datensätze in dem
Ringpuffer RP gespeicherten Werte des Luftmassenstroms MAF und der
Drehzahl N die Werte sowie der jeweilige Gradient des Luftmassenstroms
MAF und der Drehzahl N ermittelt und dann in dem Datensatz abgespeichert,
die dem Lastwechselbeginn T_LW_ST und dem Lastwechselende T_LW_E
zugeordnet sind.
-
In
dem Schritt S32 werden die Größen, die sich
während
des Lastwechsels eher konstant verhalten, wie zum Beispiel die Ansauglufttemperatur T_IM
und die Kühlmitteltemperatur
TCO, über
die Dauer des Lastwechsels gemittelt und die Mittelwerte in dem
Datensatz abgespeichert.
-
Auf
diese Weise erfolgt eine erhebliche Datenreduktion im Vergleich
zu den in dem Ringpuffer RP bezüglich
des Lastwechsels abgelegten Werten. Für eine spätere Justierung des Kraftstoff-Wandfilmmodells
stehen anhand des Datensatzes jedoch Eingangsgrößen der Kennfelder und Kennlinien
des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM zur Verfügung. Die in den Schritten
S18, S20, S24 und S26 ermittelten Werte stellen ein Fehlermaß für das Verhalten
des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM während eines Lastwechsels LW
dar. Neben den Schritten S18, S20, S24 und S26 aufgezeigten Fehlermaßen können auch
weitere, andere oder nur ein Teil der Fehlermaße in dem Datensatz abgespeichert
sein. Dies gilt auch für
die in den Schritten S30, S32 ermittelten Größen.
-
In
einem Schritt S34 wird anschließend
ein Gütewert
G ermittelt und zwar abhängig
von mindestens einem Fehlermaß und
gegebenenfalls auch abhängig
von Eingangsgrößen des
Kraftstoff-Wandfilmmodells
WFM. Bevorzugt wird der Gütewert
G abhängig
von dem Minimalwert MIN_D_LK_ERR und/oder dem Maximalwert MAX_D_LK_ERR
des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR und/oder dem Minimalwert MIN_D_LK_ERR_I
und/oder dem Maximalwert MAX_D_LK_ERR_I des Integrals D_LK_ERR_I
des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR und/oder einer Dauer T_D_LK_ERR
des Lastwechsels, die abhängig
von dem Lastwechselende T_LW_E und dem Lastwechselbeginn T_LW_ST
ermittelt wird und/oder dem Luftmassenstrom MAF und/oder der Drehzahl
N und/oder der Kühlmitteltemperatur
TCO und/oder der Ansauglufttemperatur T_IM ermittelt. Ein oder mehrere
Fehlermaße
werden bevorzugt in Bezug zu je einem Schwellenwert gesetzt und
anschließend
so die ermittelten relativen Wertigkeiten zu einer Gesamtwertigkeit
addiert und so der Gütewert
G ermittelt. Als Fehlermaß kann
beispielsweise auch eine Dauer T_D_LK_ERR des durch den Lastwechsel
LW hervorgerufenen Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR, die zum Beispiel
charakterisiert ist durch die Dauer von dem Lastwechselbeginn T_LW_ST
und dem Maximalwert MAX_D_LK_ERR_I oder dem Minimalwert MIN_D_LK_ERR_I
des Integrals D_LK_ERR_I des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR sein.
Die Dauer T_D_LK_ERR des durch den Lastwechsel LW hervorgerufenen
Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR ist die Dauer, bevorzugt die Zeitdauer,
die der Istwert LAM_AV durchgehend über oder unter dem Sollwert LAM_SP
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
liegt. Daneben können
als Fehlermaß beispielsweise
auch eine Sauerstoffbilanzierung oder die Katalysatorbeladung herangezogen
werden.
-
In
einem Schritt S36 erfolgt dann das tatsächliche Speichern des Datensatzes
in den Zwischenspeicher ZW. Der Datensatz wird in den Zwischenspeicher
ZW gespeichert, wenn entweder noch ausreichend freier Speicherplatz
vorhanden ist oder, wenn ein weiterer bereits zwischengespeicherter
Datensatz einen niedrigeren Gütewert
G hat, wird dieser Datensatz oder derjenige Datensatz der den niedrigsten
Gütewert
hat durch den aktuellen Datensatz in dem Zwischenspeicher ZW ersetzt.
Die Anzahl der in dem Zwischenspeicher ZW speicherbaren Datensätze ist
so gewählt,
dass ein nachfolgend beschriebenes Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM
mit ausreichender Genauigkeit und für verschiedene Lastpunkte durchgeführt werden
kann. Die Anzahl der zwischenspeicherbaren Datensätze kann
beispielsweise 50 betragen.
-
In
einem Schritt S38 wird anschließend
geprüft,
ob der aktuelle Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine der Betriebszustand
BZ des Motorstopps M_STP ist. Ferner kann auch geprüft werden, ob
eine für
ein Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells
WFM erforderliche Anzahl an Datensätzen in dem Zwischenspeicher
ZW gespeichert ist. Ist die Bedingung des Schrittes S38 nicht erfüllt, so
wird die Bearbeitung erneut, gegebenenfalls nach der vorgegebenen
Wartezeitdauer T_W, in dem Schritt S2 fortgesetzt.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S38 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt
S40 das Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM mittels der in dem Zwischenspeicher
ZW gespeicherten Datensätze
justiert. Im Rahmen des Schrittes S40 werden bevorzugt die Datensätze des
Zwischenspeichers analysiert und so können einfach fehlerhafte Stützstellen
in einzelnen oder auch mehreren Kennfeldern KF1 bis KF4 oder mehreren
oder auch einzelnen Kennlinien KL1, KL2 des Kraftstoff-Wandfilmmodells
WFM identifiziert werden und entsprechend der in den Datensätzen enthaltenden
Daten in ihren Werten verändert werden.
-
Bevorzugt
wird in dem Schritt S40 dann auch eine Justierungsgüte für das Kraftstoff-Wandfilmmodell
ermittelt und so erkannt, wenn durch das Justieren Mitkopplungen
in dem Kraftstoff-Wandfilmmodell WFM entstehen und gegebenenfalls
dann die Justierung rückgängig gemacht
oder auf andere Weise durchgeführt.
Ein derartiges Justieren kann sehr rechenintensiv sein und beispielsweise
die Steuereinrichtung für
mehrere Minuten auslasten. Aus diesem Grund ist die Wahl des Justierens
in dem Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine des Motorstopps M_STP
besonders vorteilhaft, da hier die Rechenkapazität der Steuereinrichtung 6 nicht
für andere
Zwecke benötigt
wird. Alternativ kann dies jedoch auch in einem anderem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine erfolgen. Dann muss das Justieren aufgrund anderweitig
benötigter
Rechenressourcen jedoch gegebenenfalls mehrfach unterbrochen werden.
-
In
einem Schritt S42 wird erneut entsprechend dem Schritt S4 geprüft, ob nach
dem Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM gegebenenfalls
nach einem erneuten Start der Brennkraftmaschine wieder ein Lastwechsel
LW vorliegt. Ist die Bedingung des Schrittes S42 nicht erfüllt, so
verharrt das Programm für
die Wartezeitdauer T_W in dem Schritt S44.
-
Ist
die Bedingung des Schrittes S42 hingegen erfüllt, so erfolgt in einem Schritt
S46 ein erneutes Bewerten des Wandfilmmodells WFM anhand dieses
realen Lastwechsels LW, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der in
dem Ringpuffer RP gespeicherten Grund-Datensätze und auch mittels Ermitteln eines
oder mehrerer der Fehlermaße.
Abhängig
von dieser Prüfung
wird dann entschieden, ob die Justierung erhalten bleiben soll oder
nur teilweise erhalten bleiben soll oder rückgängig gemacht werden soll.
-
Bevorzugt
ist bis zur Entscheidung über
diese Prüfung
sichergestellt, dass die Datensätze,
die in dem Zwischenspeicher ZW beim Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells
WFM in dem Schritt S40 zwischengespeichert waren, bis zum Abschluss
der Prüfung
in dem Schritt S46 nicht überschrieben
werden durch neue Datensätze.
Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass der jeweils
den Datensätzen
zugeordnete Gütewert
G auf einen maximalen Gütewert
gesetzt wird. Nach Abschluss des Schrittes S46 kann der Gütewert G
dann reduziert werden, vorzugsweise auf einen minimalen Gütewert gesetzt
werden. Im Anschluss an den Schritt S46 wird die Bearbeitung erneut
in dem Schritt S2 fortgesetzt.
-
In
einer alternativen Ausgestaltung des Programms kann vorgesehen sein,
dass das Justieren des Kraftstoff-Wandfilmmodells WFM in dem Schritt S40
nur im Hinblick auf einzelne Kennfelder erfolgen kann.
-
5 zeigt
den zeitlichen Verlauf des Sollwertes LAM_SP des Integrals D_LK_ERR_I über den
Gemischbildungsfehler D_LK_ERR, des Gemischbildungsfehlers D_LK_ERR,
des Istwertes LAM_AV und des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
des Luftmassenstroms MAF in den Zylinder Z1-Z4 und der Drehzahl
N.