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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Aus
der
DE 103 05 656 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei dem ausgehend von dem Vergleich einer Größe, die
den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert,
mit einem Sollwert für
diese Größe eine
Stellgröße eines
Stellelements zur Beeinflussung wenigstens einer weiteren Stellgröße berechnet
wird. Zur Bildung der Größe wird
das Ausgangssignal eines Körperschallsensors verwendet.
Ausgehend von dem Signal des Körperschallsensors
wird dort ein Merkmal gewonnen, das auf einen vorgegebenen Sollwert
eingeregelt wird. Zylinderspezifische Größen, die den Verbrennungsvorgang
in wenigstens einem Zylinder charakterisieren, können auch ausgehend von einem
Brennraumdrucksensor gewonnen werden.
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Ausgehend
von einem Körperschallsensor und/oder
einem Brennraumdrucksensor können
verschiedene Merkmale, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens
einem Zylinder charakterisieren, gewonnen und zur Regelung verwendet
werden.
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Zukünftig werden
sogenannte homogene und/oder teilhomogene Brennverfahren eingesetzt. Diese
Brennverfahren sind durch eine hohe Abgasrückführrate in Kombination mit einer
gegenüber
der konventionellen Verbrennung modifizierten Einspritzung zur Erzielung
eines großen
Zündverzugs
charakterisiert. Diese Brennverfahren werden üblicher weise nur in den Teilbereichen
des motorischen Betriebskennfeldes neben dem konventionellen Brennverfahren
angewandt. Bei den homogenen Brennverfahren treten niedrige Emissionen,
insbesondere bei Stickstoffoxiden und Partikel, auf.
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Diese
homogenen Brennverfahren zeigen jedoch eine hohe Empfindlichkeit
insbesondere gegenüber
Toleranzen in der Zylinderfüllung,
die durch das Luft-Kraftstoffverhältnis definiert ist. Daher
können die
Vorteile im gesteuerten Betrieb nicht vollständig oder gar nicht genutzt
werden. Ferner ist problematisch, dass die Stellorgane zur Steuerung
und/oder Regelung der Zylinderfüllung
in der Regel nicht zylinderindividuell ausgebildet sind. Üblicherweise
wird auch der Übergang
zwischen den verschiedenen Betriebsarten d.h. der Übergang
zwischen konventioneller und homogener Verbrennung gesteuert.
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Es
stellt sich die Aufgabe, die Empfindlichkeit des homogenen Brennverfahrens
gegenüber
Toleranzen der Zylinderfüllung
sowohl im stationären
als auch im dynamischen Betrieb innerhalb der homogenen Betriebsart
als auch beim Betriebsartenwechsel zu reduzieren.
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Dadurch,
dass ausgehend von dem Vergleich einer Größe, die den Verbrennungsvorgang
in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert
für diese
Größe ein Abweichungswert
ermittelt wird, und ausgehend von dem Abweichungswert eine erste
Stellgröße eines
ersten Stellelements zur Beeinflussung des Ansteuerbeginns anpassbar
ist und dass ausgehend von der ersten Stellgröße eine zweite Stellgröße eines
zweiten Stellelements zur Beeinflussung der Luftmasseanpassbar ist,
kann die Regelung und/oder Steuerung der teilhomogenen bzw. homogenen
Verbrennung deutlich verbessert werden. Diese Größe, die den Verbrennungsvorgang charakterisiert,
wird im folgenden auch als Merkmal bezeichnet.
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Erfindungsgemäß werden
die Wirkungen von Toleranzen in der Zylinderfüllung auf die Verbrennung durch
einen geeigneten Sensor, insbesondere einen Brennraumdruck- oder
einen Körperschallsensor
erkannt und über
zylinderindividuelle Eingriffe auf die Einspritzung teilweise und/oder
vollständig
ausgeglichen und somit gemildert. Hierzu wird aus dem Ausgangssignal
des Sensors eine Größe ermittelt, die
den Verbrennungsvorgang charakterisiert. Diese Größe wird
zylinderindividuell auf einen Sollwert geregelt. Als Stellgröße dieses
Regelkreises dient eine den Beginn der Einspritzung charakterisierende
Größe, die
im folgenden als Ansteuerbeginn AB bezeichnet wird.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend
von diesen Korrektureingriffen auf die Einspritzung, insbesondere
dem Mittelwert dieser Korrektureingriffe, ein Korrekturwert für die Zylinderfüllung abgeleitet
wird. D.h. aus den einzelnen Korrektureingriffen, die zylinderindividuell erfolgen,
wird ein Korrektureingriff auf eine zylinderglobale Größe, insbesondere
die Luftmasse, gebildet. Dadurch kann die teilhomogene Verbrennung trotz
realer Toleranzen in der Zylinderfüllung gegenüber dem gesteuerten Betrieb
deutlich genauer erfolgen, was deutliche Verbesserungen im Bereich
von Emission und Komfort zur Folge hat.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. So
zeigen die 1 und 2 ein Blockdiagramm
der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, 3 die
Abhängigkeit einer
der den Verbrennungsvorgang kennzeichnenden Größe vom Ansteuerbeginn und der
Luftmasse und 4 verschieden über der
Zeit aufgetragenen Signale.
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In 1 sind
die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt.
Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
4 Zylinder umfasst. Die Zahl der Zylinder ist dabei lediglich beispielhaft
gewählt,
sie kann auch eine höhere
oder niedrigere Anzahl von Zylindern umfassen. Jedem der Zylinder
ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Sensor 101-104 zugeordnet, der ein den Verbrennungsvorgang
charakterisierendes Signal abgibt. Diese Zahl der Sensoren stellt
die maximale Anzahl dar. Denkbar ist insbesondere beim Körperschallsignal
auch die Verwendung von weniger Sensoren. Des weiteren ist ein Sensor 105 an
der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet, der ein Signal
bereitstellt, das die Kurbelwellenposition KW charakterisiert.
Ferner ist ein Sensor 106 vorgesehen, der ein Signal bezüglich der
tatsächlich
der Brennkraftmaschine zugeführte
Frischluftmasse ML erfasst.
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Die
Signale der Sensoren 101-104 gelangen zu einer
Merkmalsberechnung 110, die ein Merkmal AQ501 an einen
Verknüpfungspunkt 120 weiterleitet. Am
zweiten Eingang des Verknüpfungspunkte 120 liegt
das Ausgangssignal AQS, das von einer Sollwertvorgabe 125 für das Merkmal
AQ50 bereitgestellt wird. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 120 wird
ein AQ50-Regler 130 beaufschlagt, der wiederum ein Einspritz system 135 sowie eine
Sollwertadaption 180 beaufschlagt. Vorzugsweise ist für jeden
Zylinder ein AQ50-Regler vorgesehen. Alternativ kann ein Regler
vorgesehen sein, dem nacheinander die Signale der verschiedenen Zylinder
zugeführt
werden. An einem zweiten Eingang der Luftmassensollwertadaption 180 liegt
das Ausgangssignal einer Steuerlogik 170.
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Das
Einspritzsystem 135 misst den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine
zu einem bestimmten Zeitpunkt, bzw. einer bestimmten Stellung der
Kurbelwelle, eine vorgegebene Kraftstoffmenge zu. Der Zeitpunkt
bzw. die Stellung der Kurbelwelle hängt im wesentlichen vom Ansteuerbeginn
AB ab, der durch den AQ50 Regler 130 und die Sollwertvorgabe 140 bestimmt
wird. Das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 130, die Korrektur
des Ansteuerbeginns AB, gelangt über
einen Verknüpfungspunkt 137 zum
Einspritzsystem 135. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 137 liegt
das Ausgangssignal einer Sollwertvorgabe 140 für den Ansteuerbeginn. An
dessen Eingang liegt ein Drehmomentsollwert M und ein Drehzahlsignal
N an. Entsprechend liegt an der Sollwertvorgabe 125 ebenfalls
wenigstens ein Drehmomentsollwert M und ein Drehzahlsignal N an. Der
Drehmomentsollwert M wird von einer Drehmomentsollwertvorgabe 142 und
die Drehzahl N von einem Drehzahlsensor 144 vorgegeben.
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Des
weiteren gelangen diese beiden Signale M und N zu einer Sollwertvorgabe 145 die
einen Sollwert MLS für
die Luftmasse vorgibt. Der Sollwert MLS gelangt über einen Verknüpfungspunkt 150 und
einen Verknüpfungspunkt 155 zu
einem Luftmassenregler 160, der wiederum das Luftsystem 165 mit
einem entsprechenden Signal ansteuert. Abhängig von dem Ansteuersignal
liefert das Luftsystem eine bestimmte Luftmasse den einzelnen Zylindern
der Brennkraftmaschine.
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In
der 2 ist die Luftmassensollwertadaption 180 detaillierter
dargestellt. Die übrigen
Blöcke, die
bereits in 1 beschrieben sind, sind mit
entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausgangssignal des
AQ50-Reglers 130 gelangt zu einer Mittelwertbildung 200.
Das Ausgangssignal der Mittelwertbildung 200 gelangt über einen
Verknüpfungspunkt 210 zu
einem Regler des Ansteuerbeginnmittelwerts ABMW 220. Am
zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 210 liegt
das Ausgangssignal einer Sollwertvorgabe 230. Mit dem Ausgangssignal des
Reglers 220 wird der Verknüpfungspunkt 150 beaufschlagt.
Das Signal der Steuerlogik 170 gelangt ebenfalls zu dem
Regler 220.
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Zusammenfassend
berechnet ausgehend von dem Drehmomentsollwert M und der Drehzahl
N der Brennkraftmaschine die Sollwertvorgabe 140 einen
Sollwert für
den Ansteuerbeginn. Ausgehend von diesem Sollwert steuert das Einspritzsystem 135 einen
entsprechenden Steller derart an, dass die Einspritzung zu dem von
der Sollwertvorgabe 140 vorgegebenen Sollwert beginnt.
Des weiteren gibt die Sollwertvorgabe 145 ausgehend von
den entsprechenden Größen, wie
beispielsweise der Drehzahl N und dem Drehmomentsollwert M, einen
Sollwert MLS für die
gewünschte
Luftmasse vor. Dieser Sollwert wird mit dem Ausgangssignal eines
ABMW-Reglers korrigiert und anschließend mit der tatsächlichen
Luftmasse ML, die vom Sensor 106 erfasst wird, im Verknüpfungspunkt 155 verglichen.
Ausgehend von diesem Vergleich bestimmt der Luftmassenregler 160 ein
Ansteuersignal zur Beaufschlagung des Luftsystems. Das Luftsystem
stellt einen entsprechenden Steller derart an, dass der Brennkraftmaschine
die entsprechende Luftmasse zugeführt wird.
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Bei
dem Steller des Einspritzsystems 135 handelt es sich vorzugsweise
um ein Magnetventil oder einen Piezoaktor, der die Kraftstoffzumessungen
in einen Injektor steuert. Bei dem Steller des Luftsystems 165 handelt
es sich beispielsweise um eine Abgasrückführklappe und/oder ein Abgasrückführventil,
das die Luftströmung
in einer Abgasrückführleitung
beeinflusst und damit die der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluftmasse
steuert. Alternativ können
auch andere Steller vorgesehen sein.
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Diese
Elemente entsprechen einer üblichen Steuerung
einer Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoffmenge und die Luftmasse
gesteuert werden. Eine direkte Regelung des Ansteuerbeginns ist üblicherweise
nicht möglich,
da keine entsprechenden Sensoren, die den tatsächlichen Ansteuerbeginn erfassen,
vorhanden sind. Erfindungsgemäß wird nun
mittels der Sensoren 101-104 oder weniger ein entsprechendes
Signal erfasst. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein Signal,
dass den Brennraumdruck bzw. den Körperschall charakterisiert.
Ausgehend von diesen Signalen berechnet die Merkmalsberechnung 110 ein
Merkmal, das die Verbrennung charakterisiert. Als bevorzugtes Merkmal
wird hier der Wert AQ50 verwendet. Das Merkmal AQ50 entspricht der
Winkelstellung der Kurbelwelle, bei der 50% des Gesamtenergieumsatzes
einer Verbrennung umgesetzt wurden. Das Merkmal AQ50 charakterisiert
den Schwerpunkt der Verbrennung.
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Alternativ
zu diesem Merkmal AQ50 können auch
beliebige andere Merkmale, die aus dem Brennraumdruck- bzw. aus
dem Körperschallsignal abgeleitet
werden, verwendet werden. Dies sind beispielsweise der Brennbeginn,
andere prozentuale Umsatzpunkte, Brenngeschwindigkeit, weitere signifikante
Punkte im Körperschallsignal.
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Das
so gewonnene Merkmal wird im Verknüpfungspunkt 120 mit
einem entsprechenden Sollwert AQS verknüpft. Die Abweichung zwischen
dem gewünschten
und dem tatsächlichen
Wert des Merkmals gelangt zu dem AQ50-Regler 130. Ausgehend von
der Regelabweichung berechnet der Regler 130 einen Korrekturwert
zur Korrektur des Ausgangssignals der Sollwertvorgabe 140.
D. h. die Sollwertvorgabe 140 wirkt als Vorsteuerung der
AQ50-Regelung. Dies bedeutet, das Merkmal, das den Verbrennungsvorgang
charakterisiert, wird auf einen Sollwert geregelt, dabei dient der
Ansteuerbeginn als Stellgröße.
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Alternativ
zur dargestellten Struktur mit einer Vorsteuerung kann auch vorgesehen
sein, dass lediglich eine Regelung ohne Vorsteuerung verwendet wird.
Dies bedeutet, dass der Sollwert entsprechend wie in Block 140 direkt über Block 125 vorgegeben und
eingeregelt wird.
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Eine
Regelung, die als Stellgröße den Ansteuerbeginn
verändert,
kann Toleranzen, die im Bereich des Luftsystems liegen, nur unvollständig kompensieren.
Insbesondere Toleranzen, die sich auf alle Zylinder auswirken, führen dazu,
dass der Ansteuerbeginn unnötig
verändert
wird. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 130 zu einer Sollwertadaption 180 gelangt.
Ausgehend von den einzelnen Korrekturwerten bzw. Ausgangssignalen
des Reglers 130 der einzelnen Zylinder berechnet die Sollwertadaption 180 einen
Korrekturwert zur Beaufschlagung des Ausgangssignals der Sollwertvorgabe 145.
D.h. ausgehend von den Ausgangsgrößen der einzelnen Regler der
einzelnen Zylinder wird ein Korrekturwert zur Beaufschlagung des
Stellers des Luftsystems gebildet. Alternativ zu dem Eingriff auf
den Sollwert kann die Sollwertadaption 180 auch auf das
Ausgangssignal des Reglers 160 eingreifen und das Ausgangssignal
des Reglers 160 entsprechend korrigieren.
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Dies
bedeutet, dass ausgehend von der ersten Stellgröße eine zweite Stellgröße zur Beeinflussung
der Luftmasse anpassbar ist. Dabei erfolgt die Anpassung der Stellgröße der zweiten
Stellgröße durch
eine Korrektur des Sollwerts. Der Sollwert einer Regelung zur Einstellung
der Luftmasse wird abhängig
von der ersten Stellgröße korrigiert,
wobei diese Korrektur von dem Mittelwert der Stellgrößen mehrerer
Zylinder abhängt.
Das heißt,
dass die zweite Stellgröße vom Mittelwert
der Abweichungswerte wenigstens zweier Zylinder vorgebbar ist.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform der Sollwertadaption
arbeitet im Wesentlichen wie folgt. Die Mittelwertbildung 200 berechnet
den Mittelwert der Ausgangssignale der AQ50-Regler 130 der einzelnen
Zylinder. Im Verknüpfungspunkt 210 werden
diese mit dem Ausgangssignal der Sollwertvorgabe 230 verglichen.
Der Regler 220 gibt dann ausgehend von der Abweichung des
Mittelwerts aller Ausgangssignale des AQ50-Reglers von dem Sollwert
ein Ausgangssignal zur Korrektur des Sollwertes MLS vor. Bevorzugt
ist vorgesehen, dass der Mittelwert auf einen Sollwert 0 eingeregelt
wird. Es wird davon ausgegangen, dass ein Fehler im Luftsystem eine
Abweichung des Mittelwerts von 0 verursacht. Wird der Brennkraftmaschine
beispielsweise auf Grund eines Fehlers eine zu große Luftmasse
zugemessen, so sind die AQ50-Werte aller Zylinder in die gleiche
Richtung (früh)
verschoben. Diese gemeinsame Abweichung wird dann durch eine Korrektur
der Luftmasse ausgeglichen.
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In 3 ist über den
Ansteuerbeginn AB das Merkmal AQ50 aufgetragen. Dabei sind mit gestrichelten
Linien verschiedene Verläufe
des Merkmals AQA50 für
verschiedene Luftmassen ML über
dem Ansteuerbeginn AB aufgetragen. Eine erste Linie, die mit ML
bezeichnet ist, entspricht der exakten Luftmasse. Eine zweite Linie
ist mit ML- bezeichnet, diese entspricht einer zu kleinen Luftmasse,
und eine dritte Linie ist mit ML+ gekennzeichnet, diese entspricht
einer zu großen
Luftmasse.
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Ferner
sind verschiedene Betriebspunkte mit 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b
gekennzeichnet. Der Punkt 1 entspricht dem exakten Betriebspunkt
ohne Toleranzen. D.h. es wird bei dem gewünschten Ansteuerbeginn ABS
angesteuert und es stellt sich das gewünschte Merkmal AQS ein, wobei
die exakte Luftmasse ML der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Aufgrund
von Toleranzen wird dieser Betriebspunkt in der Regel nicht erreicht.
Ist beispielsweise die zugeführte
Luftmasse zu gering, stellt sich beispielsweise der Punkt 2a ein.
D.h. das Merkmal AQ50 liegt zu einem späteren Zeitpunkt als gewünscht. Folgt
nun mittels des Reglers 130 eine Korrektur des Ansteuerbeginns
in Richtung früh,
wird der Punkt 3a erreicht. In dem Punkt 3a hat das Merkmal AQ50
den gewünschten
Wert AQS. Aufgrund der Toleranzen des Luftsystems wird der exakte
Betriebspunkt 1 jedoch nicht erreicht. Entsprechendes gilt, wenn
eine zu große
Luftmasse zugeführt
wird, in diesem Fall bewegt sich bei einer Korrektur des Ansteuerbeginns
der Betriebspunkt vom Punkt 2b zum Punkt 3b.
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Durch
eine zusätzliche
Korrektur der Luftmasse kann nun erreicht werden, dass sich die Brennkraftmaschine
vom Betriebspunkt 3a zum Betriebspunkt 4a bzw. vom Betriebspunkt
3b zum Betriebspunkt 4b bewegt. Hierzu ist eine Korrektur der Luftmasse,
beispielsweise mittels der Luftmassensollwertadaption 180,
erforderlich. D.h. durch eine kombinierte Korrektur des Ansteuerbeginns
ausgehend von dem Merkmal AQ50 und einer Korrektur der Luftmasse
ausgehend von dem Merkmal AQ50 kann der gewünschte Arbeitspunkt nahezu
exakt eingestellt werden. Damit ist eine präzise Steuerung der Brennkraftmaschine
insbesondere im homogenen bzw. teilhomogenen Betrieb möglich. Die
Einflüsse einer
veränderten
Luftmasse auf die Verbrennung können
durch die erfindungsgemäße Regelung
des Merkmals AQ50 ausgeglichen werden. Die Luftmassenvariationen
entstehen durch Toleranzen und Fehler des Luftmassensensors sowie
durch reale Abweichungen in der Füllung der Zylinder.
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Mit
Hilfe der Regelung kann die Abweichung der Verbrennungslage vom
Sollwert des Merkmals AQS durch zylinderindividuelle Korrektureingriffe
auf die Ansteuerbeginne minimiert und die Zustände 3a bzw. 3b erreicht werden.
Durch diese Vorgehensweise kann bereits die Stabilität der homogenen
Verbrennung zum Vorteil verbesserter Gesamtemissionen erfüllt werden.
Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn diese Regelung mit einer Luftmassensollwertadaption
kombiniert wird. D.h. die Mittelwerte der zylinderindividuellen
Korrektureingriffe des AQ50-Reglers werden durch eine Anpassung
des Luftmassensollwertes auf 0 korrigiert. Dadurch wird auch bei
einer Drift insbesondere des Luftsystems verhindert, dass größere Eingriffe
in den Ansteuerbeginn nötig
werden. Stattdessen wird die eigentliche Ursache Luftmassenfehler
korrigiert. Für
den Fall, dass die mittlere Abweichung in der Luftmasse einem der
Zustände 3a
bzw. 3b entspricht, wird durch den gleichzeitigen Eingriff des AQ50-Reglers
und der Adaption des Sollwertes ein Zustand 4a bzw. 4b eingestellt.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Luftmengenfehler für alle Zylinder
annähernd
gleich groß ist.
D.h. die mittlere Abweichung aller Zylinder auch die Abweichung jedes
einzelnen Zylinders gut repräsentiert.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das beschriebene Verfahren mit anderen
Reglern, insbesondere mit Regelungen zum Lastausgleich bzw. Lambdaausgleich
kombiniert wird. Hierbei wird neben dem zylinderindividuellen Verbrennungslageregler
und dem globalen Luftmassenregler ein weiterer Regler zum Anpassen
der zylinderindividuellen Einspritzmenge eingesetzt. Dieser Regler
nimmt auf Basis z. B. des gemessenen Drehzahl-, Lambda- oder Zylinderdrucksignals
einen Ausgleich durch eine zylinderindividuelle Korrektur der Einspritzmenge
vor.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Luftmassen-Sollwertadaption 180 durch
die Steuerungslogik 170 nur in bestimmten Betriebszuständen aktiviert
wird. Als Betriebszustände
werden insbesondere eine oder mehrere der folgenden Größen Status des
AQ50-Reglers 130, Wert der Zentralrampe, Betriebsart, Umschaltstatus
der Einspritzung und/oder Regelabweichung des Luftmassenreglers 160.
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Wesentlich
ist dabei, dass diese Adaption solange gesperrt ist, bis der neue
Sollwert der Luftmasse nach der Umschaltung erreicht ist. In 4 entspricht dies dem Zeitpunkt T3, bei
dem die Regelabweichung ML-Regler nahezu Null wird. Dieser Zeitpunkt
wird erkannt, wenn die Regelabweichung des Luftmassenreglers, das
heißt
das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 155 kleiner
als ein Schwellenwert ist. Der frühest mögliche Zeitpunkt ist bei Erreichen
des Luftmassenzielwertkorridors zum Zeitpunkt T2 gegeben. Der spätestens
mögliche
Zeitpunkt ist beim Zeitpunkt T4, bei dem die Zentralrampe den Endwert
erreicht, gegeben.
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Zur
Plausibilisierung kann auch der Umschaltstatus der Einspritzung
als notwendiges Kriterium herangezogen werden.
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Außerdem hängt die
Aktivierung der Sollwertadaption 180 vom Zustand des AQ50-Reglers ab. Dies
bedeutet, dass nur im eingeschwungenen Zustand des AQ50-Reglers
die Stellgrößen dieses Reglers
zur Korrektur/Adaption des Luftmengen-Sollwertes ausgewertet werden.
im inhomogenen Betrieb erfolgt keine Adaption.
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Bei
einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Steuerlogik zusätzlich oder
alternativ zu dem Merkmal, das für
den Regler 130 verwendet wird – in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist es das Merkmal AQ50 – andere
Merkmale verwendet, die ausgehend von dem Zylinderdruck oder Körperschall
ermittelt werden können.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Rückschluss auf
eine abweichende Ist-Luftmasse aus dem Merkmal AQ50 durch ein weiteres
Merkmal, z.B. die Brenngeschwindigkeit plausibilisiert wird. Für dieses zweite
Merkmal liegt dann z.B. ebenfalls eine Kennlinie wie für das Merkmal
AQ50 beschrieben vor, die den Zusammenhang dieses Merkmals mit dem
zu korrigierenden Luftmassenwert herstellt. Die Freigabe der Adaption
erfolgt nur im Falle der Übereinstimmung
der errechneten Luftmassenkorrekturen innerhalb einer vorgebbaren
Toleranz.
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Im
folgenden wird eine erste Ausführungsform
der Adaption für
den Fall, dass kein zylinderindividueller Luftmassensteller vorhanden
ist, beschrieben. Aus den vorliegenden zylinderindividuellen Korrektureingriffen
des AQ50-Reglers auf den Ansteuerbeginn wird der Mittelwert gebildet.
D. h. es wird der Mittelwert des Ausgangsignals des AQ50-Reglers über alle
Zylinder bestimmt. Aus Vorzeichen und Betrag dieses Mittelwerts
wird auf eine zu korrigierende Abweichung in der Soll-Luftmasse
zurückgeschlossen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mittels einer Kennlinie oder eines
Kennfeldes ausgehend von der mittleren Abweichung des Ansteuerbeginns
eine Abweichung der Luftmasse bestimmt wird. Bei der Verwendung
einer Kennlinie können
noch weitere Betriebskenngrößen berücksichtigt
werden. Dieser Korrekturwert wird im Verknüpfungspunkt 150 zum
betriebspunktabhängigen
Sollwert, der von der Sollwertvorgabe 145 stammt, addiert,
und nach Differenzbildung mit dem Luftmassen-Ist-Wert im Verknüpfungspunkt 155 dem
Luftmassenregler 160 zugeführt.
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Für den Fall,
dass die mittlere Abweichung in der Luftmasse einem der Zustände „3a" bzw. „3b" nach 3 entspricht,
wird durch das simultane Wirken des mit dem adaptierten ML-Sollwertes
gespeisten Luftmassenreglers mit dem weiterhin aktivierten AQ50-Regler ein Zustand „4a" bzw. „4b" herbeigeführt. Diese
Zustände
liegen im Rahmen der erzielbaren Regelgüte und der Luftmassenadaption
nahe dem gewünschten
Sollzustand „1" und stellen damit eine
wesentliche Verbesserung des durch gesteuerten Betrieb erreichbaren
Zustandes entsprechend Zustand „2a" bzw. „2b" nach 3 dar. Dies
gilt insbesondere dann, wenn der Luftmassenfehler für alle Zylinder
annähernd
gleich groß ist,
d.h. die mittlere Abweichung aller Zylinder auch die Abweichung
jedes einzelnen Zylinders gut repräsentiert.
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Im
folgenden wird eine zweite Ausführungsform
der Adaption für
den Fall, dass ein zylinderindividueller Luftmassensteller vorhanden
ist, beschrieben. Sind zylinderindividuelle Luftmassensteller vorhanden,
so werden an Stelle des Mittelwerts der Korrektureingriffe der AQ50-Regler 130 die
Korrektureingriffe des jeweiligen Zylinders zur Sollwertadaption der
Luftmasse verwendet. Dies bedeutet die Luftmassen-Sollwerte werden
zylinderselektiv adaptiert. Damit können gegenüber der Adaption unter Verwendung
des Mittelwerts auch Luftmassenfehler korrigiert werden, die im
wesentlichen zylinderindividuell geprägt sind. Damit ergibt sich
eine weitere Verbesserung gegenüber
dem Zustand „2a" bzw. „2b".
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Im
Folgenden wird die in 2 dargestellte detailliertere
Ausführungsform
der Sollwertadaption 180 beschrieben. Die Sollwertadaption
entspricht einer geregelten Luftmassenkorrektur ausgehend von den
Korrekturwerten der AQ50-Regler. Hierzu wird der Mittelwert, der
dem Ausgangssignal Mittelwertbildung 200 entspricht, im
Verknüpfungspunkt 210 mit einem
Sollwert verglichen und einem weiteren Regler 220 zugeführt. Der
Reglerausgang bildet dann die erforderliche Luftmassenkorrektur,
so dass der Luftmassen-Sollwert solange durch diese Korrektur verändert wird,
bis die Stellgrößenkorrektur
des Ansteuerbeginns im Mittel den Sollwert erreicht hat. Dabei ist
vorzugsweise vorgesehen, dass der Sollwert des Mittelwerts identisch
Null ist.
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In 4 sind verschiedene Signale über der Zeit
t aufgetragen. Dabei ist ein Übergang
von einer konventionellen Verbrennung zu einer teilhomogenen Verbrennung
bzw. einer homogenen Verbrennung aufgetragen. In Teilfigur 4a ist
eine sogenannte Zentralrampe mit Werten zwischen 0% und 100% dargestellt.
Bis zu einem Zeitpunkt T1 erfolgt eine konventionelle Verbrennung
und die Zentralrampe nimmt den Wert 0% an. Bis zum Zeitpunkt T4
steigt die Rampe linear auf 100% an. Ab dem Zeitpunkt T4 erfolgt
eine homogene Verbrennung bzw. eine teilhomogene Verbrennung. Die
Zentralrampe dient als Faktor, um verschiedene Betriebskenngrößen während des Übergangs
zu gewichten, damit diese gleichmäßig vom Ausgangswert auf einen
Zielwert übergehen.
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In
der 4b ist der Sollwert AGRS und der Istwert AGRI
für die
Abgasrückführrate aufgetragen. Mit
AGRK ist der Wert der Abgasrückführrate für den normal
konventionellen Betrieb und mit AGRH für den teilhomogenen bzw. homogenen
Betrieb bezeichnet. Der Sollwert ist mit einer gestrichelten und der
Istwert mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnet. Ab dem Zeitpunkt
T1 steigt der Sollwert vom Wert AGRK auf den Wert AGRH, der für homogenen
Betrieb erforderlich ist, sprungförmig an. Dies hat zur Folge,
dass der Istwert AGRI ab dem Zeitpunkt T1 allmählich ansteigt und zum Zeitpunkt
T2 ein mit zwei waagrechten gestrichelten Linien gekennzeichnetes
Toleranzband erreicht. Zum Zeitpunkt T3 erreicht der Istwert dann
den Sollwert.
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In 4c ist
der Sollwert AQS mit einer punktierten Linie, der Raildruck P mit
einer gestrichelten Linie und der Ansteuerbeginn AB mit einer durchgezogenen
Linie aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 steigt der Raildruck auf seinen
neuen Sollwert, der im homogenen Betrieb notwendig ist an. Zum Zeitpunkt T2
fällt der
Ansteuerbeginn AB auf seinen Regelwert ab. Der AQ50-Sollwert steigt
vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T4 gemäß der Rampenfunktion auf seinen
neuen Wert an.
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Eine
besonders kostengünstige
Ausführungsform
der Verwendung von Zylinderdrucksignalen sieht vor, dass die entsprechenden
Signale nicht von allen Zylindern, sondern von wenigstens einem Zylinder
erfasst werden. Die aus diesem Zylinderdrucksignal berechneten Merkmale
gelten als repräsentativ
für die übrigen Zylinder
und werden sowohl im AQ50-Regler, als auch bei der Luftmassen-Sollwertadaption
verwendet. Die Möglichkeit
eines zylinderindividuellen Eingriffs entfällt. Es kann aber vorgesehen
sein, das mehrere Zylinder mit einer Drucksignalerfassung zu einer
Gruppe zusammengefasst werden, und die Regelung auf diese Gruppen
von Zylindern, z.B. bei V-Motoren bankweise, angewendet werden.
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Die
Verwendung von Körperschallsensoren ermöglicht diese
kostengünstige
Ausführungsform ohne
den Verlust des zylinderindividuellen Eingriffs. In dem Fall wird
ein Körperschallsignal
entsprechend der Kurbelwellenwinkelstellung auf den jeweils aktuell
im Verbrennungstakt befindlichen Zylinder aufgeteilt.
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Während der
Umschaltung zwischen dem inhomogenen Betrieb und dem homogenen Betrieb
bestehen verschiedene alternative Vorgehensweisen, die beliebig
miteinander kombiniert werden können. Die
Umschaltphase zwischen dem inhomogenen und dem homogenen Betrieb
ist definiert durch den Zeitraum zwischen T1 und T4 und ist im wesentlichen
bestimmt durch den Wechsel der Soll-Luftmasse bzw. Soll-Abgasrückführmasse,
dem Wechsel des Raildrucks und/oder dem Wechsel des Sollwerts für das Merkmal
AQ50. Neben diesen Größen können sich noch
weitere Größen ändern. Neben
den lediglich beispielhaft dargestellten Übergängen sind auch andere Übergänge möglich. Alle
Größen können wahlweise
rampenförmig,
sprungförmig
oder gemäß anderen
Funktionen auf ihren neuen Wert übergehen.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
erfolgt die Regelung des Merkmals AQ50 bereits während der Umschaltphase. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Regelung des Merkmals AQ50 über den
Ansteuerbeginn in allen Betriebsarten erfolgt und sich lediglich
der Sollwert abhängig
von der Betriebsart ändert. Besonders
vorteilhaft hierbei ist, wenn der AQ50-Sollwert eine Funktion der
Zentralrampe ist. In der 4 ist ein
linearer Übergang
zwischen den AQ50-Sollwerten vor bzw. nach der Umschaltung dargestellt.
Während
der Umschaltung erfolgt dabei keine Korrektur der Soll-Luftmasse
ML, das heißt
die Adaption 180 ist nicht aktiv. Durch die schnelle Gleichstellung
der Verbrennungslagen aller Zylinder während des Umschaltvorganges
wird bereits ein Teil der gewünschten
Stetigkeit im Drehmoment- und Geräuschbeitrag der Zylinder erreicht.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Regelung der Größe, die den Verbrennungsvorgang
charakterisiert, im homogenen Betrieb und/oder beim Übergang
in und/oder aus dem homogenen Betrieb heraus erfolgt.
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Vorteilhaft
ergänzt
werden kann die AQ50-Regelung durch eine zusätzliche Regelung des indizierten
Mitteldruckes, der aus dem kurbelwinkelaufgelösten Zylinderdruck zylinderindividuell
gewonnen werden kann. Alternativ kann diese Regelung auch das innere
oder äußere Drehmoment
als Regelgröße verwenden.
Da der Sollwert des indizierten Mitteldruckes hauptsächlich vom
Fahrerwunsch und nicht von der Betriebsart abhängt, wird er während der
Umschaltung als konstant angenommen. Der Korrektureingriff in das
Einspritzsystem erfolgt anstelle des Ansteuerbeginns über einen
Eingriff in die Kraftstoffmenge oder einen Eingriff auf die Ansteuer-
bzw. Förderdauer.
Entsprechend wirkt die Korrektur auch auf einen Vorsteuerwert dieser
Größen. Durch
das gleichzeitige Wirken der Verbrennungslage- und der Regelung
des indizierten Mitteldrucks wird gegenüber der Steuerung der Umschaltung
die Momenten- und Geräuschneutralität besser gewahrt.
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Vorteilhafter
Weise kann die AQ50-Regelung noch um eine Verbrennungsgeräuschregelung
ergänzt
werden. Als das Verbrennungsgeräusch
charakterisierende Größe wird
vorzugsweise das Maximum des Zylinderdruckgradienten während eines
Arbeitsspieles verwendet. Alternativ können aber auch folgende Zylinderdruckmerkmale
verwendet werden: Maximum des Heizverlaufes, Maximum der Ableitung
des Heizverlaufes oder ein mit Hilfe eines Strukturübertragungsmaßes aus
dem Zylinderdruck bestimmtes Verbrennungsgeräuschmaß, wie es in der Prüfstandsindiziertechnik
zur Anwendung kommt. Weitere Alternativen sind signifikante Punkte und/oder
Größen im Körperschallsignal.
Diese Regelgrößen werden
während
des Betriebsartenwechsels konstant gehalten, um eine vom Fahrer
wahrnehmbare Änderung
des Geräusches
zu vermeiden. Als geräuschrelevante
Eingriffsgrößen dieser
Regelung kommen in Frage: Timing und/oder Menge der Voreinspritzmenge
in der ersten Phase der Umschaltung bis zum sprungartigen oder gerampten
Wegschalten der Voreinspritzung zum Zeitpunkt T2 und/oder eine Adaption
des AQ50-Sollwertes (oder eines anderen, die Verbrennungslage beschreibenden
Merkmales) in der ersten und zweiten Phase der Umschaltung. Durch
den adaptiven Eingriff auf den Wert AQ50-Soll wird ein zweiter direkter
Regeleingriff auf den Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung vermieden.
Für die
Regelung von Timing/Menge der Voreinspritzung kommt eine in 1 bereits
für den AQ50-Regler
gezeigte analoge Struktur zum Einsatz, die Adaption des AQ50-Sollwertes
entspricht vom Aufbau der ebenfalls in 1 für den Luftmassen-Sollwert
dargestellten Adaption. Beide werden deshalb nicht gesondert bildlich
dargestellt.