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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors sowie eine entsprechende Motorsteuerung.
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Die
DE 102 42 226 A1 offenbart den Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei zwischen einem Homogenbetrieb und einem Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine unterschieden wird.
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Die
DE 196 12 150 A1 beschreibt eine Steuereinrichtung für eine Benzin-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei zwischen einem Homogenbetrieb und einem Schichtbetrieb unterschieden wird. Dabei wird sowohl die Einspritzzeit als auch der Ansteuerbeginn für den Homogenbetrieb und für den Schichtbetrieb abhängig von der Drehzahl gebildet.
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Die
EP 1 130 240 A2 offenbart eine Zylinder-Direkteinspritzung, wobei ein homogenes Gemisch und ein Schichtgemisch bereitgestellt werden.
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Die
EP 1 291 516 A2 betrifft einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung, wobei zwischen einer herkömmlichen Injektionsbetriebsart und einer homogenen Injektionsbetriebsart unterschieden wird.
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Die
DE 101 48 651 C1 beschreibt den Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche im Homogenbetrieb oder im Schichtbetrieb betrieben wird.
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Bei herkömmlichen Verbrennungsverfahren eines direkt einspritzenden Verbrennungsmotors wird eine Abgasrückführung zur Reduzierung der Stickoxide eingesetzt, wodurch lokale Spitzentemperaturen in einer Zylinderladung des Verbrennungsmotors und eine Sauerstoffkonzentration in der Zylinderladung abgesenkt werden. Mit steigender Abgasrückführrate wird jedoch gleichzeitig eine Russpartikelentstehung begünstigt und eine Nachoxidation abgeschwächt, wodurch bestimmte Abgasnormen nicht mehr eingehalten werden können. Um einen Zielkonflikt zwischen der Reduzierung der Stickoxide und einer Begünstigung der Partikelentstehung zu lösen, ist eine so genannte homogene Verbrennung bei Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei wird eine große Menge gut abgekühltes Abgas in den Verbrennungsmotor zurückgeführt und eine Einspritzung sehr früh vor dem oberen Todpunkt eingeleitet. Dadurch wird eine Zeit für eine Luft-Kraftstoff-Gemischbildung innerhalb der Zylinder bis zur Zündung deutlich verlängert (Zündverzug), da einerseits ein Temperaturniveau während der Kompression sehr gering ist und andererseits Inertgase der Abgase eine Isolation zwischen Kraftstoff und Ladung bewirken. Der verlängerte Zündverzug hat wiederum zur Folge, dass eine Entstehung der Russpartikel durch eine homogenere Luft-Kraftstoff-Gemischbildung vermieden wird. Bei einer Verbrennung erwärmt sich auf Grund eines hohen Anteils des Abgases in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch fast das gesamte Luft-Kraftstoff-Gemisch gleichmäßig, wodurch lokale Temperaturspitzen in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch vermieden werden. Aus diesem Grund und weil ein Restsauerstoffanteil in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch gering ist, entstehen bei der Verbrennung fast keine Stickoxide mehr. Daher weist ein Verbrennungsmotor, welcher mit der homogenen Verbrennung betrieben wird, gegenüber einem Verbrennungsmotor, welcher mit der konventionellen Verbrennung betrieben wird, Vorteile hinsichtlich der im Abgas enthaltenen Emissionen auf.
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Die homogene Verbrennung eignet sich insbesondere für kleine bis mittlere Lasten beziehungsweise Drehmomente und Drehzahlen. Mit steigenden Drehzahlen steht immer weniger Zeit für eine homogene Luft-Kraftstoff-Gemischbildung zur Verfügung und bei hohen Drehmomenten muss ein Kraftstoffanteil in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch erhöht werden, was beides einer homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischbildung entgegensteht und damit einen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors für die homogene Verbrennung beschränkt. Deshalb ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor bei hohen Drehmomenten beziehungsweise Drehzahlen mit der konventionellen Verbrennung zu betreiben.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine auf diesem Verfahren basierende Motorsteuerung bereitzustellen, womit ein Verbrennungsmotor unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Umstände verbessert betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Motorsteuerung nach Anspruch 1 oder 7 und durch eine Motorsteuerung nach Anspruch 22 oder 23 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor mit einer konventionellen Verbrennung oder mit einer homogenen Verbrennung betrieben werden kann. Dabei wird sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung ein Förderbeginn und eine Förderdauer für dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kraftstoff geregelt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Verbrennungsmotor sowohl mit der konventionellen als auch mit der homogenen Verbrennung betrieben werden. Dadurch ist das Verfahren vorteilhafter Weise in der Lage, den Verbrennungsmotor bei einem Zustand des Verbrennungsmotors, in welchem der Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung betrieben werden kann und welcher insbesondere durch ein Solldrehmoment des Verbrennungsmotors und eine Motordrehzahl beschrieben wird, den Verbrennungsmotor mit der homogenen Verbrennung zu betreiben. Zusätzlich ist das Verfahren aber auch in der Lage, den Verbrennungsmotor mit der konventionellen Verbrennung zu betreiben, wenn der Zustand des Verbrennungsmotors einen Betrieb mit der homogenen Verbrennung nicht erlaubt.
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Der Förderbeginn und die Förderdauer werden dabei abhängig von mindestens einem Parameter bestimmt, welcher ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend das Solldrehmoment, die Motordrehzahl, eine Ganginformation eines mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebes, eine Motortemperatur, eine Ansauglufttemperatur, welche einer Temperatur einer in den Verbrennungsmotor angesaugten Luft entspricht, ein Umgebungsluftdruck, welcher einem Luftdruck der in den Verbrennungsmotor angesaugten Luft entspricht, eine Frischluftmasse, welche von dem Verbrennungsmotor angesaugt wird, ein Sollwert eines indizierten Mitteldrucks (beziehungsweise Sollwert eines indizierten Moments) eines Zylinders des Verbrennungsmotors, ein indizierter Mitteldruck des Zylinders des Verbrennungsmotors, ein Brennbeginn eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, eine korrigierte Kraftstoffmasse, welche abhängig von der Motortemperatur aus dem Solldrehmoment berechnet wird, eine Abgasrückführrate, welche aus relevanten Zustandsgrößen abgeleitet wird.
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Dabei kann eine Sollfrischluftmasse beziehungsweise ein Sollwert der von dem Verbrennungsmotor angesaugten Frischluftmasse durch ein erstes Kennfeld abhängig von dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl bestimmt werden. Dann kann eine Differenz zwischen der Sollfrischluftmasse und der Frischluftmasse geregelt werden. Zusätzlich kann ein einer Vorsteuerung unterzogener Erwartungswert einer Stellgröße eines Abgasrückführungssystems (d. h. Abgasrückführungsventil und Drosselklappe) des Verbrennungsmotors durch ein zweites Kennfeld abhängig von dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl bestimmt werden. Somit kann die geregelte Differenz und der Erwartungswert der Stellgröße kombiniert beziehungsweise summiert werden, um die Stellgröße des Abgasrückführungssystems zu erhalten. Dabei kann das erste und das zweite Kennfeld, welche gleich sein können, abhängig davon gewählt werden, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.
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Die Auswahl mindestens eines Kennfeldes abhängig davon zu gestalten, ob die konventionelle oder die homogene Verbrennung eingesetzt wird, bietet erfindungsgemäß den Vorteil, dass ein entsprechendes Kennfeld abhängig von speziellen eine entsprechende Regelung betreffenden Eigenschaften der konventionellen oder der homogenen Verbrennung ausgebildet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann bei der konventionellen Verbrennung ein Förderbeginnrohwert abhängig von der Motortemperatur, der Motordrehzahl und dem Solldrehmoment mithilfe mindestens eines dritten Kennfeldes bestimmt werden. Dagegen kann bei der homogenen Verbrennung der Förderbeginnrohwert abhängig von der Motortemperatur, der Motordrehzahl, dem Solldrehmoment und der Abgasrückführrate mithilfe mindestens eines vierten Kennfeldes bestimmt werden.
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Der Förderbeginn wird über mindestens ein weiteres Kennfeld abhängig von dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks, der Motordrehzahl, der Motortemperatur, dem Brennbeginn und dem Förderbeginnrohwert bestimmt. Dabei wird das mindestens eine weitere Kennfeld abhängig davon gewählt, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.
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Die Bestimmung des Förderbeginns erfolgt durch einen ersten PI-Regler. Dabei wird mindestens ein Parameter des ersten PI-Reglers abhängig davon eingestellt, ob der Verbrennungsmotor mit der konventionellen oder mit der homogenen Verbrennung betrieben wird.
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Indem der mindestens eine Parameter des ersten PI-Reglers abhängig von der konventionellen oder der homogenen Verbrennung eingestellt wird, kann der erste PI-Regler und damit eine Regelung des Förderbeginns besser auf eine Verbrennungsart (homogen oder konventionell) eingestellt werden.
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Erfindungsgemäß kann nach einem Wechsel der Verbrennungsart ein Integralteil des ersten PI-Reglers zusammen mit einem Motordrehmoment, der Motordrehzahl und einer Information, von welcher Verbrennungsart gewechselt wurde, abgespeichert werden. Dabei entsprechen das Motordrehmoment und die Motordrehzahl Werten, welche die letzten gültigen Werte vor dem Wechsel der Verbrennungsart waren. Falls vorhanden, wird der Integralteil des ersten PI-Reglers vorzugsweise mit einem abgespeicherten Wert abhängig von dem Motordrehmoment, der Motordrehzahl und der nach dem Wechsel gültigen Verbrennungsart vorbelegt. Falls ein solcher Wert nicht vorhanden ist, wird der Integralteil mit 0 vorbelegt.
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Durch das Abspeichern des Integralteils zusammen mit dem Motordrehmoment, der Motordrehzahl und der Verbrennungsart, welche einen Zustand des Verbrennungsmotors beschreiben, abgespeichert wird, lernt das erfindungsgemäße Verfahren quasi Integralteile für bestimmte Zustände des Verbrennungsmotors. Indem der gelernte Integralteil nach dem Wechsel der Verbrennungsart eingestellt wird, wird ein Einschwingen des PI-Reglers vermieden, wodurch die Regelung verbessert wird.
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Der Sollwert des indizierten Mitteldrucks sowie der Brennbeginn und damit der Förderbeginn können zylinderselektiv bestimmt werden.
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Dadurch werden Zylindereigenarten bei der Regelung berücksichtigt, was das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt verbessert. Dabei wird dann zum Beispiel ein erster PI-Regler pro Zylinder eingesetzt.
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Die Förderdauer wird abhängig von dem Förderbeginn, der Motordrehzahl, der korrigierten Kraftstoffmasse, dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks und dem indizierten Mitteldruck bestimmt, wobei der indizierte Mitteldruck und damit die Förderdauer auch zylinderselektiv bestimmt werden können. Dabei wird ein zweiter PI-Regler eingesetzt, dessen Parameter ebenfalls abhängig von der Verbrennungsart eingestellt werden können. Falls die Förderdauer zylinderselektiv eingestellt wird, wird pro Zylinder ein zweiter PI-Regler eingesetzt. Ähnlich wie bei dem ersten PI-Regler kann der Integralteil des zweiten PI-Reglers abhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors, welcher dabei auch durch das Motordrehmoment, die Motordrehzahl und die Verbrennungsart beschrieben wird, gelernt werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welche derart ausgestaltet ist, dass sie sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung den Förderbeginn und die Förderdauer regelt. Dabei ist die Motorsteuerung vorzugsweise zur Durchführung des vorab beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann auch bei anderen Verbrennungsmotoren, wie z. B. einem Ottomotor, eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.
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1 stellt schematisch einen Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung dar.
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2 stellt ein Blockschaltbild einer Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Motorsteuerung dar.
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3 stellt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Abgasrückführregelung dar.
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4 stellt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Förderbeginnberechnungseinheit beziehungsweise Förderbeginnregelung dar.
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5 stellt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verbrennungslageregelung dar.
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6 stellt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Förderdauerberechnungseinheit beziehungsweise Förderdauerregelung zusammen mit einer erfindungsgemäßen Regelung eines indizierten Mitteldrucks dar.
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In 1 ist schematisch ein Verbrennungsmotor 1, beispielsweise ein Dieselmotor, mit einem Zylinderblock 2, einem Abgasrückführungsventil 3 und einem Verdichter 4 dargestellt. Dabei wird der Verbrennungsmotor 1 von einer Motorsteuerung 5 gesteuert und ein Abgas des Verbrennungsmotors 1 über das Abgasrückführungsventil 3 und den Verdichter 4 gemischt mit Frischluft in den Verbrennungsmotor 1 zurückgeführt. Die Motorsteuerung steuert dabei unter anderem über das Abgassteuerungsventil 3 einen Anteil des Abgases an einem Luftgemisch, welches zusammen mit einem Kraftstoff zu einem zu zündenden Luft-Kraftstoff-Gemisch in Zylindern des Verbrennungsmotors vermischt wird.
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In 2 ist eine Gesamtstruktur einer Regelung eines Ausführungsbeispiels der Motorsteuerung 5 dargestellt. Die Motorsteuerung 5 regelt dabei einen Förderbeginn 41 und eine Förderdauer 42 für dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführenden Kraftstoff beziehungsweise bestimmt einen Sollwert für den Förderbeginn 41 und einen Sollwert für die Förderdauer 42. Die Gesamtstruktur besteht aus folgenden Hauptblöcken: einer Momentenstruktur 101, einem Füllungsmodell für eine Niederdruckstrecke einer Abgasrückführung 102, einer Zylinderdruckauswerteeinheit 103 pro Zylinder, einem Betriebszustandskoordinator 104, einer Abgasrückführungsregelung 105, einer Förderbeginnberechnungseinheit 106, einer Förderdauerberechnungseinheit 107, einer Verbrennungslageregelung 108, wobei Teile pro Zylinder vorhanden sind, und einer Regelung eines indizierten Mitteldrucks 109, wobei ebenfalls Teile pro Zylinder vorhanden sind. Die Momentenstruktur 101 besitzt dabei als Eingangsgrößen eine Motordrehzahl 22 und einen Wert eines Pedalwertgebers 31 (Gaspedal) sowie als Ausgangsgrößen ein Solldrehmoment 21 des Verbrennungsmotors und je einen Sollwert eines indizierten Mitteldrucks 25 für die Zylinder des Verbrennungsmotors 1. Das Füllungsmodell für die Niederdruckstrecke der Abgasrückführung 102 besitzt Zylinderdruck relevante Eingabewerte, woraus eine Abgasrückführrate 51 bestimmt wird. Die Zylinderdruckauswerteeinheit 103 besitzt ebenfalls Zylinderdruck relevante Eingaben, woraus sie einen Brennbeginn 26 eines Luft-Kraftstoff-Gemisches und einen indizierten Mitteldrucks 27 pro Zylinder des Verbrennungsmotors 1 bestimmt. Der Betriebszustandskoordinator 104 besitzt eine Motorwassertemperatur 29, einen Abgasnachbehandlungsstatus 30, die Motordrehzahl 22 und das Solldrehmoment 21 als Eingaben, woraus er einen Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 und einen Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 bestimmt. Die Abgasrückführungsregelung 105 hat eine Frischluftmasse 24, welche von dem Verbrennungsmotor 1 angesaugt wird, die Motordrehzahl 22, das Solldrehmoment 21 und den Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 als Eingabewerte und bestimmt daraus eine Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und eine Stellgröße 48 für eine nicht dargestellte Drosselklappe. Die Förderbeginnberechnungseinheit 106 bekommt die Motordrehzahl 22, das Solldrehmoment 21, den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 und die Abgasrückführrate 51 als Eingaben und berechnet daraus einen Förderbeginnrohwert 46. Die Verbrennungslageregelung 108 besitzt den Förderbeginnrohwert 46, die Motordrehzahl 22, den Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25, den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 und den Brennbeginn 26 als Eingaben und berechnet daraus den Förderbeginn 41. Die Förderdauerberechnungseinheit 107 hat den Förderbeginn 41, die Motordrehzahl 22 und das Solldrehmoment 21 als Eingaben und bestimmt daraus einen Förderdauerrohwert 47. Schließlich hat die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 den Förderdauerrohwert 47, die Motordrehzahl 22 und den Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25, den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 und den indizierten Mitteldruck 27 als Eingaben, woraus sie die Förderdauer 42 berechnet.
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Zentraler Baustein der Gesamtstruktur ist der Betriebszustandskoordinator 104, welcher in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt und weiteren Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors 1 festlegt, mit welcher Verbrennungsart, d. h. mit der homogenen Verbrennung oder mit der konventionellen Verbrennung, der Verbrennungsmotor 1 betrieben wird. Durch den Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49, womit Funktionen eines Luftsystems des Verbrennungsmotors 1 geregelt werden, und den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50, womit ein Einspritzsystem des Verbrennungsmotors geregelt wird, regelt der Betriebszustandskoordinator 104 maßgeblich den Verbrennungsmotor 1 und sorgt dafür, dass ein Wechsel der Verbrennungsart optimal, das heißt zum Beispiel ohne erhöhte Abgasemissionen eingeleitet wird. In der Förderbeginnberechnungseinheit 106 wird der Förderbeginnrohwert 46, welcher ein grober, für alle Zylinder geltender Wert für den Förderbeginn ist, in Abhängigkeit verschiedener Größen bestimmt. Dieser Förderbeginnrohwert 46 wird dann durch die Verbrennungslageregelung 108 zylinderselektiv korrigiert. Ähnlich wird der Förderdauerrohwert 47, welcher ein grober Wert für die Förderdauer ist, in der Förderdauerberechnungseinheit 107 in Abhängigkeit von dem Solldrehmoment 21 beziehungsweise einer Wunschkraftstoffmenge, der Motordrehzahl 22 und des zylinderselektiven Förderbeginns 41 berechnet. Abschließend wird der Förderdauerrohwert 47 durch die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 korrigiert, wodurch die Förderdauer 42 bestimmt wird.
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In 3 ist die Abgasrückführregelung 105 dargestellt. Die Abgasrückführregelung 105 unterteilt sich in eine Sollwertberechnung 105a, eine Vorsteuerung 105b, einen Regler 73 und eine Linearisierung 74. Dabei wird bei der Sollwertberechnung 105a durch das Solldrehmoment 21 und die Motordrehzahl 22 durch zwei erste Kennfelder 61a, 61b jeweils ein Wert für eine Sollfrischluftmasse 44 berechnet, wobei abhängig von dem Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 mithilfe eines ersten Auswahlschalters 76a ausgewählt wird, welcher Wert die Sollfrischluftmasse 44 bildet. Dadurch wird die Sollfrischluftmasse 44 mithilfe desjenigen ersten Kennfelds 61a, 61b berechnet, welches für die aktuelle Verbrennungsart ausgelegt ist, wodurch die Sollfrischluftmasse 44 sowohl für die homogene als auch für die konventionelle Verbrennung optimal berechnet wird. Von dieser Sollfrischluftmasse 44 wird nun die Frischluftmasse 24 abgezogen und die entstehende Differenz wird mithilfe des Reglers 73 geregelt, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist. Ähnlich wird bei der Vorsteuerung 105b durch das Solldrehmoment 21 und die Motordrehzahl 22 durch zwei zweite Kennfelder 62a, 62b jeweils ein Wert für einen Erwartungswert 45 einer Stellgröße eines Abgasrückführungssystems, welches aus dem Abgasrückführungsventil 3 und einer nicht dargestellten Drosselklappe besteht, berechnet, wobei abhängig von dem Betriebszustandsschalterwert für die Abgasrückführung 49 mithilfe eines zweiten Auswahlschalters 76b ausgewählt wird, welcher Wert den Erwartungswert 45 für die Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 bildet, was zu den gleichen Vorteilen führt, welche vorab bei der Berechnung der Sollfrischluftmasse 44 ausgeführt wurden. Die Summe aus einem Ausgabewert des Reglers 73 und dem aus der Vorsteuerung stammenden Erwartungswert 45 der Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 wird einer Linearisierung 74 unterworfen, wodurch die Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und die Stellgröße 48 für die Drosselklappe bestimmt wird.
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Neben dem bereits vorab beschriebenen Vorteil, dass sowohl die Sollfrischluftmasse 44 als auch der durch die Vorsteuerung 105b erzeugte Erwartungswert 45 der Stellgröße des Abgasrückführungssystems 3 je nach Verbrennungsart unterschiedlich berechnet wird, besteht ein weiterer Vorteil in der Vorsteuerung 105b. Dadurch kann trotz einer Trägheit des Reglers 73 die Stellgröße 43 für das Abgasrückführungsventil 3 und die Stellgröße 48 für die Drosselklappe schnell bestimmt werden.
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4 stellt die Förderbeginnberechnungseinheit 106 dar, welche neben einem Auswahlschalter 76c und einem PDT1-Regler 71 aus einem bei der homogenen Verbrennung eingesetzten Teil 106b und einem bei der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teil 106a besteht und den Förderbeginnrohwert 46 berechnet. Dabei wird durch den Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 entschieden, ob ein erster Zwischenwert 81 des durch den bei der homogenen Verbrennung eingesetzten Teiles 106b oder eine Ausgangsgröße des durch den bei der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teiles 106a eine Eingangsgröße für den PDT1-Regler 71 ist. Der erste Zwischenwert 81 wird ermittelt, indem durch eine erste Kennfeldauswahleinheit 121 abhängig von der Motortemperatur 23 mithilfe eines ersten Kennfeldauswahlschalters 77a ein drittes Kennfelds 63a–e ermittelt wird. Mit dem derart ausgewählten dritten Kennfelds 63a–e wird abhängig von dem Solldrehmoment 21 und der Motordrehzahl 22 der erste Zwischenwert 81 bestimmt. Genauso wird in dem bei der konventionellen Verbrennung eingesetzten Teil 106a durch eine zweite Kennfeldsauswahleinheit 122 abhängig von der Motortemperatur 23 mithilfe eines zweiten Kennfeldauswahlschalters 77b ein viertes Kennfeld 64a–e ermittelt, wobei durch das derart ermittelte vierte Kennfeld 64a–64e abhängig von dem Solldrehmoment 21 und von der Motordrehzahl 22 ein zweiter Zwischenwert 82 gebildet. Dieser zweite Zwischenwert 82 wird allerdings durch einen dritten Zwischenwert 83 korrigiert. Zur Berechnung des dritten Zwischenwerts 83 wird durch ein weiteres Kennfeld 69 abhängig von dem Solldrehmoment 21 und der Motordrehzahl 22 eine Sollabgasrückführrate 52 bestimmt. Durch eine dritte Kennfeldauswahleinheit 123 wird abhängig von einer Differenz zwischen der Sollabgasrückführrate 52 und der Abgasrückführrate 51 mithilfe eines dritten Kennfeldauswahlschalters 77c ein fünftes Kennfeld 65a–c bestimmt, wobei durch das derart ausgewählte fünfte Kennfeld 65a–c abhängig von dem Solldrehmoment 21 und der Motordrehzahl 22 der dritte Zwischenwert 83 bestimmt wird, welcher zu dem zweiten Zwischenwert 82 hinzu addiert wird, wobei die Summe die Ausgangsgröße des für die konventionelle Verbrennung eingesetzten Teiles 106a bildet.
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Die Ausgangsgröße des PDT1-Reglers 71 entspricht dem Förderbeginnrohwert 46. Damit der PDT1-Regler 71 sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung korrekt arbeitet, werden seine Parameter mithilfe einer ersten Parameteradaptionseinheit 111 bei einem Wechsel der Verbrennungsart eingestellt.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik umfasst die Förderbeginnberechnungseinheit 106 nicht nur den Teil für die konventionelle Verbrennung 106a sondern auch den Teil für die homogene Verbrennung 106b und den PDT1-Regler 71. Dabei ist die Aufgabe des PDT1-Reglers, den Förderbeginnrohwert 46 beim Wechsel der Verbrennungsart beziehungsweise des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 1 dynamisch zu führen. Dadurch wird der Einfluss der sich vergleichsweise langsamen ändernden Abgasrückführrate insbesondere beim Wechsel von der homogenen zu der konventionellen Verbrennung kompensiert. Ohne diese Kompensation würde eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs beim Wechsel zu der konventionellen Verbrennung auf Grund eines erhöhten Zünderverzuges (eine Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs findet später statt) kurzzeitig viel zu spät einsetzen, wodurch das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 geringer ausfallen würde. Beim Wechsel von der konventionellen Verbrennung zu der homogenen Verbrennung wird zwar zuerst in einem ersten Schritt nur die Abgasrückführrate erhöht und erst anschließend in einem zweiten Schritt der Förderbeginn geändert. Trotzdem ist eine dynamische Korrektur des Förderbeginnrohwerts 46 notwendig, da die Sauerstoffkonzentration im zurückgeführten Abgas nur langsam einen eingeschwungenen Zustand annimmt.
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Wie bereits vorab im Detail ausgeführt wurde, wird bei der homogenen Verbrennung genau wie bei der konventionellen Verbrennung der zweite Zwischenwert 82 mithilfe eines Kennfelds ermittelt. Zusätzlich wird allerdings der zweite Zwischenwert 82 in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen der Sollabgasrückführrate und der aktuellen Abgasrückführrate korrigiert. Dies ist notwendig, da die Abgasrückführrate auf Grund eines im Vergleich zur konventionellen Verbrennung geringeren Drucks in der Luftregelstrecke und auf Grund des großen Volumens nur sehr langsam bei einem dynamischen Motorbetrieb nachgeführt werden kann. Durch die Korrektur wird ein Einfluss der vom Sollwert abweichenden Abgasrückführrate kompensiert und der Brennbeginn konstant gehalten.
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5 stellt die Verbrennungslageregelung 108 dar, welche eine Brennbeginnsollwertberechnungseinheit 108a und einen Brennbeginnregler 108b umfasst. Die Verbrennungslageregelung 108, welche bisweilen auch als Verbrennungsbeginnregelung bezeichnet wird, regelt den Förderbeginn 41, welcher einen Beginn der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors 1 maßgeblich mitbestimmt. Dabei wird bei der Brennbeginnsollwertberechnungseinheit 108a sowohl für die homogene als auch für die konventionelle Verbrennung jeweils durch ein sechstes Kennfeld 66a, b abhängig von dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks und der Motordrehzahl 22 ein Wert berechnet, welcher jeweils durch einen weiteren durch ein siebtes Kennfeld 67a, b abhängig von der Motordrehzahl 22 und der Motortemperatur 23 berechneten Wert korrigiert wird und damit einem Sollwert für den Brennbeginn entspricht. Je nach Betriebszustandsschalterwert für den Förderbeginn 50 wird mithilfe eines vierten Auswahlschalters 76d entweder der bezüglich der konventionellen oder der homogenen Verbrennung berechnete Sollwert für den Brennbeginn ausgewählt, von welchem der tatsächliche Brennbeginn 26 abgezogen wird. Die dadurch entstehende Differenz 84 wird mithilfe eines ersten PI-Reglers 72 geregelt, wobei der Ausgang des PI-Reglers 72 einem fünften Auswahlschalter 76e, welcher durch ein Ausgangssignal einer zweiten Parameteradaptionseinheit 112 geschaltet wird, zugeführt wird. Im Normalfall schaltet der fünfte Auswahlschalter 76e den Ausgang des PI-Reglers 72 auf seinen Ausgang, so dass eine Summe aus dem Ausgangswert des PI-Reglers 72 und dem Förderbeginnrohwert 46 den Förderbeginn 41 ergibt. Nur für den Fall dass sich der Verbrennungsmotor 1 in einem so genannten Schubbetrieb befindet, schaltet der fünfte Auswahlschalters 76e den Wert 0 auf seinen Ausgang, so dass sich der Förderbeginn 41 direkt aus dem Förderbeginnrohwert 46 ergibt. Dabei liegt der Schubbetrieb zum Beispiel vor, wenn ein den Verbrennungsmotor 1 umfassendes Fahrzeug rollt, wobei das Solldrehmoment 21 gleich 0 ist, weil z. B. ein Fahrer des Fahrzeugs seinen Fuß vom Gaspedal genommen hat.
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Damit der PI-Regler 72 sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung optimal arbeitet, werden seine Parameter durch die zweite Parameteradaptionseinheit 112 beim Wechsel der Verbrennungsart entsprechend der nach dem Wechsel gültigen Verbrennungsart eingestellt.
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Die Aufgabe der Verbrennungslageregelung 108 ist es, einen Verbrennungsbeginn beziehungsweise Brennbeginn oder eine Verbrennungslage sowohl bei der konventionellen als auch bei der homogenen Verbrennung zylinderselektiv einzuregeln, weshalb entsprechende Elemente der Verbrennungslageregelung 108 (z. B. der erste PI-Regler 72) einmal pro Zylinder vorkommen. Die Verbrennungslage ist eine wichtige Kenngröße der Verbrennung, welche unter anderem eine Schadstoffbildung (NOx, HC und CO) aber auch den Kraftstoffverbrauch und die Geräuschemissionen beeinflusst. Insbesondere bei der homogenen Verbrennung ist es schwierig, die Verbrennungslage allein durch den Förderbeginn einzustellen, da sehr viele nicht erfassbare Größen den Zündverzug beeinflussen, weshalb die ersten PI-Regler 72 unumgänglich sind. Um Nichtlinearitäten der Regelstrecke auszugleichen und ein Regelverhalten bei der homogenen Verbrennung gezielt zu beeinflussen, werden die Parameter der ersten PI-Regler 72 beim Wechsel der Verbrennungsart adaptiert, wie es bereits vorab beschrieben worden ist.
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6 stellt die Förderdauerberechnungseinheit 107 zusammen mit der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 dar. Dabei dient die Förderdauerberechnungseinheit 107 als Vorsteuerung. In der Förderdauerberechnungseinheit 107 wird über eine vierte Kennfeldauswahleinheit 124 abhängig von dem Förderbeginn 41 mithilfe eines vierten Kennfeldauswahlschalters 77d ein achtes Kennfeld 68a–e ausgewählt, womit abhängig von der Motordrehzahl 22 und der korrigierten Kraftstoffmasse 33 der Förderdauerrohwert 47 bestimmt wird. Dadurch ist es möglich, die Förderdauer 42 auch bei sehr frühem Förderbeginn 41 exakt zu steuern bzw. vorzusteuern. Die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 ist ebenfalls durch einen zweiten PI-Regler 75 mit einer dritten Parameteradaptionseinheit 113 realisiert. Als zu regelnde Größe erhält der zweite PI-Regler 75 eine Differenz aus dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25 und dem indizierten Mitteldruck 27. Die Ausgangsgröße beziehungsweise Stellgröße des zweiten PI-Reglers 75 wird auf einen sechsten Auswahlschalter 76f gegeben, welcher durch ein Ausgangsignal der dritten Parameteradaptionseinheit 113 gesteuert wird, wobei im Normalfall die Stellgröße des PI-Reglers 75 den Ausgangswert des sechsten Auswahlschalters 76f bildet, welcher addiert mit dem Förderdauerrohwert 47 die Förderdauer 42 ergibt. Nur im Schubbetrieb schaltet der sechste Auswahlschalter 76f eine 0 auf seinen Ausgang, wodurch der Förderbeginn 42 allein durch den Förderbeginnrohwert 47 gebildet wird.
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Sowohl der erste als auch der zweite PI-Regler 72, 75 besitzen eine Initialisierungseinheit 131, 132. Da der Integralteil jedes PI-Reglers 72, 75 abhängig von der Verbrennungsart ist, ist es vorteilhaft, den jeweiligen Integralteil bei dem Wechsel der Verbrennungsart entsprechend des Betriebspunktes beziehungsweise Zustandes des Verbrennungsmotors 1 einzustellen. Der Zustand des Verbrennungsmotors 1 wird dabei neben der Verbrennungsart durch ein Motordrehmoment und die Motordrehzahl 22 beschrieben. Diese Integralteile müssen für jeden Zustand des Verbrennungsmotors 1 zylinderselektiv gelernt werden. Deshalb geschieht bei einem Wechsel der Verbrennungsart folgendes:
Der Integralteil jedes PI-Reglers 72, 75 wird zusammen mit Daten, welche den Zustand des Verbrennungsmotors 1 beschreiben (bei der vorliegenden Ausführungsform sind das das Motordrehmoment, die Motordrehzahl 22, die Verbrennungsart und der entsprechende Zylinder), abgespeichert. Auch wenn für den Zustand des Verbrennungsmotors 1 bereits Integralteile abgespeichert sind, werden diese überschrieben, da sich die Integralteile mit der Zeit ändern können. Außerdem wird überprüft, ob für den Zustand des Verbrennungsmotors 1, welcher nach dem Wechsel der Verbrennungsart angenommen wird (im Wesentlichen hat sich nur die Verbrennungsart geändert), bereits Integralteile für die PI-Regler 72, 75 vorliegen. Ist dies der Fall, ersetzen diese Integralteile die aktuellen Integralteile der PI-Regler 72, 75. Ist dies nicht der Fall, das heißt, die Motorsteuerung 5 besitzt keine erlernten Integralteile für diesen Zustand des Verbrennungsmotors 1, werden die Integralteile der PI-Regler 72, 75 mit 0 vorbelegt.
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Die Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 besitzt zwei wesentliche Aufgaben. Zum einen muss sichergestellt sein, dass der indizierte Mitteldruck 27 bei der konventionellen Verbrennung und bei der homogenen Verbrennung konstant gehalten wird. Dabei ist insbesondere bei der homogenen Verbrennung ein gesteuerter Eingriff über die Förderdauerberechnungseinheit 107 nicht ausreichend, da sehr große Eingriffe beziehungsweise Änderungen des Förderbeginns 41 durch die Verbrennungslageregelung 108 auftreten und die korrigierte Kraftstoffmasse 33 bei frühem Förderbeginn schwer eingestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 ist es, das Wechseln der Verbrennungsart möglichst ohne Abweichungen in dem indizierten Mitteldruck 27 auszuführen. Diese Abweichungen des indizierten Mitteldrucks 27 machen sich einem Fahrer eines den Verbrennungsmotor 1 umfassenden Fahrzeuges durch ein Rucken des Fahrzeugs beim Fahren negativ bemerkbar. Ein schlagartiges Wechseln des Förderbeginns hat Fehler bei einem Einspritzen der Kraftstoffmasse auf Grund von Abweichungen bei den Pumpen zur Folge. Daher wird eine lernende, adaptive Struktur, wie sie vorab beschrieben worden ist, zur Unterstützung des Wechsels der Verbrennungsart eingesetzt.
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Wie bereits vorab beschrieben worden ist, wird ein Momenten neutrales Wechseln der Verbrennungsart durch eine zylinderselektive Initialisierung der zweiten PI-Regler 75 realisiert weshalb entsprechende Elemente der Regelung des indizierten Mitteldrucks 109 (z. B. der zweite PI-Regler 75) einmal pro Zylinder vorkommen. Dabei werden Initialisierungswerte in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt in Kennfeldern abgelegt und durch einen Algorithmus für jeden Zylinder angelernt. Das Lernen der Kennfelder geschieht dabei bei dem Wechsel der Verbrennungsart. Außerdem werden die zweiten PI-Regler 75 zylinderselektiv entsprechend des Betriebspunktes mit den Initialwerten vorbelegt. Falls trotzdem eine Abweichung zwischen dem Sollwert des indizierten Mitteldrucks 25 und dem indizierten Mitteldruck 27 vorliegt, findet eine Anpassung über den entsprechenden zweiten PI-Regler 75 statt, wobei nach einem erneuten Wechsel der Verbrennungsart der entsprechend angepasste Initialwert gelernt beziehungsweise abgespeichert wird, so dass die Initialwerte nach mehrmaligem Wechseln optimal für die einzelnen Zylinder vorliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dieselmotor
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Abgasrückführungsventil
- 4
- Verdichter
- 5
- Motorsteuerung
- 21
- Solldrehmoment
- 22
- Motordrehzahl
- 23
- Motortemperatur
- 24
- Frischluftmasse
- 25
- Sollwert des indizierten Mitteldrucks
- 26
- Brennbeginn
- 27
- indizierter Mitteldruck
- 28
- Zylinderdruck relevante Eingaben
- 29
- Motorwassertemperatur
- 30
- Abgasnachbehandlungsstatus
- 31
- Pedalwertgeber
- 32
- Abgasrückführrate
- 33
- korrigierte Kraftstoffmasse
- 41
- Förderbeginn
- 42
- Förderdauer
- 43
- Stellgröße für Abgasrückführungsventil
- 44
- Sollfrischluftmasse
- 45
- vorgesteuerter Erwartungswert der Stellgröße für Abgasrückführungssystem
- 46
- Förderbeginnrohwert
- 47
- Förderdauerrohwert
- 48
- Stellgröße für Drosselklappe
- 49
- Betriebszustandsschalter Abgasrückführung
- 50
- Betriebszustandsschalter Förderbeginn
- 51
- Abgasrückführrate
- 52
- Sollabgasrückführrate
- 61–69
- Kennfeld
- 71
- PDT1-Regler
- 72
- PI-Regler
- 73
- Regler
- 74
- Linearisierung
- 75
- PI-Regler
- 76a–f
- Auswahlschalter
- 77a–d
- Kennfeldauswahlschalter
- 81–85
- Zwischenwert
- 101
- Momentenstruktur
- 102
- Füllungsmodell für Niederdruckstrecke einer Abgasrückführung
- 103
- Zylinderdruckauswerteeinheit
- 104
- Betriebszustandskoordinator
- 105
- Abgasrückführregelung
- 105a
- Sollwertberechnung der Abgasrückführregelung
- 105b
- Vorsteuerung der Abgasrückführregelung
- 106
- Förderbeginnberechnungseinheit
- 106a
- konventioneller Teil der Förderbeginnberechnungseinheit
- 106b
- homogener Teil der Förderbeginnberechnungseinheit
- 107
- Förderdauerberechnungseinheit
- 108
- Verbrennungslageregelung
- 108a
- Brennbeginnsollwertberechnungseinheit
- 108b
- Brennbeginnregler
- 109
- Regelung des indizierten Mitteldrucks
- 111–114
- Parameteradaptionseinheit
- 121–124
- Kennfeldauswahleinheit
- 131–132
- Initialisierungseinheit
