DE102004046647A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine ist eine Regelung des Verbrennungsvorganges vorgesehen, bei der ein Ist-Wert der Kurbelwinkellage eines 50%-Massenumsatzpunktes des bei der Verbrennung umzusetzenden Kraftstoffes unter Berücksichtigung eines Messsignals (11) eines im Brennraum angeordneten Ionenstromsensors (4) bestimmt wird und durch Variation wenigstens einer auf die Verbrennung wirkenden Stellgröße der Brennkraftmaschine (1) einem Sollwert der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes nachgeführt wird. DOLLAR A Um eine feine Regelung und damit eine optimale Kraftstoffverbrennung insbesondere im Kompressionszündungsbetrieb zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß eine Bestimmung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes in einem geschichteten neuronalen Netz (21) vorgesehen, in dem die Messergebnisse des Ionenstromsensors (4) mit wenigstens einem weiteren laufend gemessenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) verknüpft werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Regelung des Verbrennungsvorganges in den Brennräumen vorgesehen ist, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
  • Es ist bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen das Brennverhalten der Kraftstoff/Luft-Ladung im Brennraum den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Schadstoffemission sowie auch den Kraftstoffverbrauch maßgeblich beeinflußt, so daß eine stabile und sichere Zündung und Verbrennung auch im Hinblick auf strenge gesetzliche Vorschriften zu gewährleisten ist. Insbesondere bei selbstzündenden Betriebsverfahren ist daher eine Regelung des Verbrennungsverhaltens vorzusehen. Aus der DE 198 04 988 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung und Verbrennung homogener, magerer Luft/Kraftstoff-Gemische mit Kompressionszündung bekannt, wobei die Gemische durch Kompressionswärme zur Selbstzündung gebracht werden. Zur Regelung des Verbrennungsverhaltens ist eine Messung der jeweiligen Verbrennung vorgesehen und in Abhängigkeit des aus dieser Messung gewonnenen Signals soll durch Einregelung eines variabel einstellbaren Ventiltriebs des Einlaßventils für den nächsten Zyklus des betreffenden Zylinders vorgenommen werden. Zur Messung und Detektion unerwünschter Verbrennungsvorgänge soll die Lage und der Verlauf einer Verbrennung durch Motor-Ist-Werte wie den Körperschall am Verbrennungsmotor, den Ionenstrom im Brennraum oder die Deckungsungleichförmigkeit der Kurbelwelle in Echtzeit gemessen werden. Die erfaßten Meßsignale über den Verlauf der Verbrennung werden mit in Kennfeldern abgelegten Sollparametern verglichen. Die dafür vorgesehene Regellogik soll die Merkmale erwünschter und unerwünschter Verbrennungsbereiche über eine Mustererkennung durch neuronale Netze oder adaptive Regler erkennen und unter Verwendung der Motor-Ist-Werte die für die Einregelung erforderlichen Sollwerte für die Einstellung der Gaswechselventile bestimmen.
  • Die WO 03/085244 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei dem eine Regelung der Verbrennung vorgesehen ist, bei der als Regelgröße die Lage eines 50%-Massenumsatzpunktes der aktuellen Verbrennung herangezogen wird, das heißt der Zeitpunkt, bei dem 50% der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmasse während eines Verbrennungszyklus oder Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders umgesetzt ist. Zur Ermittlung der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes im Verbrennungsablauf wird ein Ionenstromsignal mittels einer im Brennraum angeordneten Ionenstromsonde erfaßt. Bei dem bekannten Verfahren findet zur Ermittlung des Ist-Wertes des 50%-Massenumsatzpunktes eine Integration des Ionenstromsignals statt. Der Signalverlauf wird aufsummiert bzw. integriert, wobei das Integralmaximum bzw. die Gesamtsumme einer 100%-igen Umsetzung der Kraftstoffmasse entspricht, die im jeweiligen Zyklus an der Verbrennung teilgenommen hat. Anschließend wird der ermittelte Ist-Wert der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes der aktuellen Verbrennung mit einem in einem Steuergerät gespeicherten Wert verglichen. Bei einem darauffolgenden Arbeitsspiel wird der Ablauf der Verbrennung mittels einer Anpassung von Betriebsparametern so verändert, daß optimales Brennverhalten stattfindet. Das bekannte Verfahren schlägt zur Einregelung des 50%-Massenumsatzpunktes die Änderung von Betriebsparametern wie Ventilsteuerzeiten der Gaswechselventile oder der Kraftstoffeinspritzung vor. Dabei können Gemischkenngrößen wie der Restgasanteil im Brennraum, das Luftverhältnis oder die Gemischtemperatur im Brennraum variiert werden oder auch die im Brennraum für die Kompressionszündung zurückgehaltene Gasmenge verändert werden.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem mit geringem Aufwand eine genaue Regelung des Verbrennungsverhaltens und damit insbesondere im Kompressionszündungsbetrieb eine optimale Kraftstoffverbrennung ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Mit dem Verfahren wird eine genaue Regelung durch Nachführung der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes erreicht, indem die Bestimmung des vorliegenden Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes in einem neuronalen Netz erfolgt, indem die Messergebnisse des Ionenstromsensors im Brennraum mit wenigstens einem weiteren laufend gemessenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verknüpft werden.
  • Zur Ermittlung der gewünschten Aussagen über die Lage des 50%-Massenumsatzpunktes werden aus dem Meßsignal des Ionenstromsensors zeitlich über den Zyklus des Zylinders versetzte Eingangswerte erfaßt, welche mit Gewichtungsfaktoren gewichtet werden und über Neuronen des neuronalen Netzes verknüpft werden. Die für die Genauigkeit der Ist- Wert-Bestimmung maßgeblichen Gewichtungsfaktoren können in dem neuronalen Netz mit einem lernfähigen Algorithmus modifiziert werden, wobei ein solches Training des neuronalen Netzes bezüglich der Genauigkeit der Bestimmung des Ist-Wertes der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes zweckmäßig über eine vorherbestimmte Anzahl von Zylinderzyklen vorgesehen ist. Zweckmäßig verfügt das neuronale Netz über eine versteckte Schicht (hidden layer), deren Neuronen für eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Bestimmung der optimalen Gewichtungsfaktoren sorgen. Dabei hat sich herausgestellt, daß mit einer versteckten Schicht mit sieben Neuronen bestmögliche Genauigkeit bei allen berücksichtigten lernfähigen Algorithmen zum Training des neuronalen Netzes erhalten werden mit einer Zuverlässigkeit von über 90% fehlerfreier Resultate innerhalb eines Bereiches von 0,5° KW.
  • Die Genauigkeit der Bestimmung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes kann gesteigert werden, wenn mehrere laufend gemessene Betriebsparameter dem neuronalen Netz zur Bestimmung von Gewichtungsfaktoren eingegeben werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Verhältnis der erreichten Genauigkeit zu dem dafür erforderlichen Aufwand erfaßt werden und ermittelt werden, ab wann eine Steigerung des Aufwandes durch Heranziehung weiterer Betriebsparameter das Ergebnis nicht mehr spürbar verbessert. Für die Dauer des Trainings wird als untere Grenze, bei der eine hinreichend hohe Genauigkeit der Ergebnisse erhalten werden kann, bei etwa 100 Zyklen des Zylinders gesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ein Training mit einer Dauer von weniger als 600 Zyklen vor, wobei sich ergeben hat, daß oberhalb dieses Maximums eine Verbesserung der Genauigkeit nicht mehr den dafür erforderlichen Aufwand rechtfertigt. Optimale Resultate werden mit einer Dauer von ca. 350 Zyklen für das Training erreicht. Vorteilhaft ist nach einem Training des neuronalen Netzes eine Validationsphase vorgesehen, bei der eine Bewertung der Leistungsfähigkeit bzw. der Genauigkeit des neuronalen Netzes mit den ermittelten Gewichtungsfaktoren erfolgt. Dabei ist aber ausreichend, wenn die Validation über eine etwa der gleichen Anzahl der Zylinderzyklen durchgeführt wird wie das vorhergehende Training des neuronalen Netzes.
  • Vorzugsweise erfolgt das Training des neuronalen Netzes für verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, wobei die Gewichtungsfaktoren zur Gewichtung der normierten Eingangssignale des neuronalen Netzes kalibriert werden.
  • Die Genauigkeit des neuronalen Netzes im Verhältnis zu dem Aufwand zur Zuführung von Betriebsparametern kann maßgeblich durch die Anzahl der zeitdiskreten Eingangswerte beeinflußt werden, welche durch Bildung eines Musters aus dem Meßsignal des Ionenstromsensors gewonnen werden. Dabei wird bei mehr als 36 Eingängen der regelungstechnische Aufwand zu groß und die Genauigkeit des Ergebnisses nicht mehr spürbar beeinflußt. Als ausreichend genau und im Verhältnis zu dem dafür erforderlichen Aufwand hat sich ein Muster von 13 Eingangswerten herausgestellt.
  • In der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einer versteckten Schicht (hidden layer) wird den Neuronen der versteckten Schicht eine sigmoide Funktion der verknüpften Eingangswerte eingegeben und am Ausgangsneuron eine lineare Funktion ausgegeben, aus der in einfacher Weise die Abweichung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes ableitbar ist.
  • Vorteilhaft kann zur Bestimmung der Gewichtungsfaktoren das Meßsignal eines Lambdasensors herangezogen werden, aus dem als Betriebsparameter der Brennkraftmaschine beispielsweise der Sauerstoffgehalt im Abgas bestimmbar ist. Auch kann als solcher Betriebsparameter die Menge des im Brennraum enthaltenen Frischgases bestimmt werden. Aussagefähige Gewichtungsfaktoren können auch auf der Grundlage des Meßsignals von Temperatursensoren gewonnen werden, wobei hier je nach entsprechender Anordnung der Temperatursensoren die Lufttemperatur der Ansaugluft oder des Abgases der Brennkraftmaschine herangezogen werden kann. Durch Training des neuronalen Netzes mit den normierten Ionenstromsignalen der Zylinder und Ausgängen von anderen Sensoren wie dem Lambdasensor oder dem Temperatursensor wird eine sehr genaue Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes oder der Emissionen möglich.
  • Um auf den Ist-Wert der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes im Rahmen der Regelung einzuwirken, wird auf wenigstens einen die Verbrennung beeinflussenden Parameter der Brennkraftmaschine eingewirkt. Dabei werden vorzugsweise Stellglieder mit Wirkung auf den Frischgasanteil im Gemisch und/oder die Kraftstoffeinspritzung variiert. Dabei kann auf den Massenstrom in den Einlaßkanälen eingewirkt werden, beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung von Drosselklappen, oder besonders vorteilhaft durch entsprechende Variation der Einstellung einer variabel einstellbaren Gaswechselsteuerung. Durch entsprechende Änderung des variablen Ventiltriebs der Einlaßventile kann die Frischgaszufuhr entsprechend eingestellt werden. Besonders vorteilhaft wird als Parameter mit Einfluß auf das Verbrennungsverhalten eine Drallströmung der einströmenden Verbrennungsluft variiert, beispielsweise durch Einstellung des Ventiltriebes eines von zwei Einlaßkanälen. Als vorteilhaft hat sich auch die Veränderung der Steuerzeiten des Auslaßventils als Stellgröße der Regelung erwiesen, wodurch die Menge des im Brennraum zurückgehaltenen Abgases einstellbar ist. Als vorteilhafte Regelmaßnahmen mit Wirkung auf die Kraftstoffeinspritzung können einzeln oder gegebenenfalls in Kombination die Menge des eingespritzten Kraftstoffes oder der Einspritzzeitpunkt variiert werden oder eine Einregelung über Veränderung des Einspritzdruckes vorgenommen werden. Auch kann eine Einregelung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes durch Variierung der Einspritzparameter einer der Einspritzung vorausgehenden Piloteinspritzung erfolgen, wobei durch entsprechende Einstellung der Piloteinspritzung die Zündwilligkeit des Gemisches nachhaltig beeinflußbar ist.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine,
  • 2 eine schematische Darstellung der Speisung des neuronalen Netzes,
  • 3 ein Schaubild zur Bestimmung der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes aus Ionenstromsignalen mit einem neuronalen Netz.
  • 1 zeigt eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2, in denen längsverschiebliche Kolben angeordnet sind, die gemeinsam auf eine Kurbelwelle 5 einwirken. Jeder Zylinder 2 ist mit einem Injektor 3 ausgestattet, welcher Kraftstoff direkt in den im Zylinder 2 ausgebildeten Brennraum einspritzt. In dem Brennraum wird mit dem eingespritzten Kraftstoff und separat durch Einlaßkanäle 6, 7 zugeführtem Frischgas ein Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet und zum Antrieb der Kurbelwelle verbrannt. Die Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum durch Auslaßkanäle 8 abgeführt. Die Einlaßkanäle 6, 7 und die Auslaßkanäle 8 der Zylinder sind jeweils mit Gaswechselventilen 12, 13, 14 versehen, welche von einem Ventiltrieb 15 angesteuert werden zur Durchführung der zyklischen Ladungswechsel im jeweiligen Zylinder 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Einlaßkanäle 6, 7 pro Zylinder 2 vorgesehen, wobei ein Einlaßkanal 6 tangential in den Brennraum einmündet und so eine Drallströmung um die Zylinderachse auslösen kann. Die Einlaßkanäle 6, 7 sämtlicher Zylinder werden aus einem gemeinsamen Saugrohr 9 gespeist. Die Auslaßkanäle 8 der Zylinder 2 münden in eine gemeinsame Abgasleitung 19, aus der die Abgase gegebenenfalls nach Durchströmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in die Umgebungsluft ausgeschoben werden.
  • In jedem Brennraum ist darüber hinaus eine Zündkerze 4 vorgesehen, welche zur Zündung des im Brennraum gebildeten Gemisches einen Zündfunken zwischen mehreren Elektroden auslöst. Der Fremdzündungsmodus durch Auslösen der Zündfunken ist für höhere Lastbereiche vorgesehen, während für mittlere und untere Lastbereiche eine Betriebsart mit Kompressionszündung vorgesehen ist, bei dem homogene, magere Gemische gebildet werden und zur Selbstzündung gebracht werden. Die Selbstzündung findet dabei infolge der Kompression des Gemisches durch den Kolben statt, wobei zur Ermöglichung der Selbstzündung bei Verbrennung von Otto-Kraftstoff eine Anhebung der Brennraumtemperatur durch Zurückhaltung von Abgas der jeweils vorhergehenden Verbrennung vorgesehen ist. Die Einstellung des in den Brennraum eintretenden Frischgasstroms und auch die Menge des zurückgehaltenen Abgases wird von den Steuerzeiten der Gaswechselventile bestimmt und sind einstellbar über einen variablen Ventiltrieb der Gaswechselventile. Solche variabel einstellbaren Ventiltriebe können beispielsweise Nockenventiltriebe mit Phasenstellern zur Veränderung der Phasenlage der Öffnungsvorgänge sein. Durch entsprechende Veränderung der Steuerzeiten der Einlaßventile 6, 7 kann neben der Menge des einströmenden Frischgases auch eine Drallstärke der einströmenden Frischgase um die Zylinderachse eingestellt werden.
  • Die Einstellung der für die Gemischbildung im Brennraum maßgeblichen Stellglieder wird von einer Regeleinheit 10 vorgenommen, der ein Kennfeldspeicher 18 zum bedarfsweisen Auslesen von Daten bereitsteht zur Einstellung der Einspritzparameter für die Kraftstoffeinspritzung und die optimale Einstellung der Steuerzeiten der Gaswechselventile. Die Reglereinheit 10 nimmt eine Analyse des jeweiligen Verbrennungsvorganges in den Zylindern 2 und eine Regelung des Verbrennungsverhaltens an einen vorgegebenen Sollwert vor, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Bei einem Abweichen des Ergebnisses der Verbrennungsanalyse von einem vorgegebenen Sollwert erzeugt die Reglereinheit entsprechende Korrekturbefehle für Stellmittel, welche Einflüsse auf das Verbrennungsverhalten haben. Als solche Stellmittel kommen die Einstellungen der Einspritzparameter für den Injektor 3 oder den variabel einstellbaren Ventiltrieb in Betracht oder auch eine Kombination verschiedener Maßnahmen. Die Regelgröße der Regelung bildet der Zeitpunkt der Umsetzung der Hälfte des eingespritzten Brennstoffes während der Verbrennung, der sogenannte 50%-Massenumsatzpunkt. Der ermittelte Ist-Wert des 50%-Massenumsatzpunktes wird von der Regeleinheit durch entsprechende Variation der Stellgrößen einem vorgegebenen Sollwert nachgeführt. Zur Ermittlung des Ist-Wertes des 50%-Massenumsatzpunktes wird der Reglereinheit 10 ein Ionenstromsignal 11 eingegeben. Der Ionenstromsensor bildet die Zündkerze 4 des jeweiligen Zylinders 2, welche in den Brennraum einragt und den zeitlichen Verlauf des Ionenstroms erfaßt.
  • Zur Bestimmung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes wird das Ionenstromsignal 11 in einem neuronalen Netz mit wenigstens einem weiteren laufend gemessenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verknüpft. Zur Erfassung solcher Betriebsparameter ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Sensor 17 an der Kurbelwelle 5 vorgesehen, mit dem die jeweilige Drehzahl oder das vorliegende Drehmoment als Betriebsparameter zur Verknüpfung mit dem Ionenstromsignal der Regeleinheit 10 eingegeben werden kann. Mit der Eingangsseite der Regeleinheit 10 zur Erfassung von gemessenen Betriebsparametern zur Speisung des neuronalen Netzes ist in der Abgasleitung 19 der Brennkraftmaschine 1 eine Lambdasonde 16 vorgesehen.
  • Die Bestimmung des Ist-Wertes der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes als Regelgröße 22 als Ausgang des neuronalen Netzes ist in 2 dargestellt. Das neuronale Netz 21 wird zur Detektierung der Kurbelwinkellage des 50%- Massenumsatzpunktes wird trainiert mit Eingangswerten x1–n, welche aus dem im Brennraum erfaßten Ionenstromsignal 11 gewonnen werden und mit Eingangswerten b mindestens eines weiteren Betriebsparameters. Die Eingangswerte werden zeitlich über den Zyklus des Zylinders versetzt aus dem Meßsignal 11 des Ionenstromsensors erfaßt, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel 13 zeitdiskrete Einganswerte i1–x vorgesehen sind, deren Zeitabstände gleich sind. Um eine größere Leistungsfähigkeit des neuronalen Netzes und eine genauere Erfassung der Regelgröße zu ermöglichen, kann aber auch eine Musterbildung mit mehr Eingabewerten zweckdienlich sein oder aber unterschiedliche Abstände zwischen den zeitdiskreten Eingangswerten vorgesehen sein, beispielsweise können vermehrt an charakteristischen Stellen des Signalverlaufes Eingangswerte abgenommen werden. An den Ionenstromwerten entsprechend dem Signal 11 an den jeweiligen Stellen wird ein normierter Eingabewert gebildet, welcher in dem neuronalen Netz mit einem dem jeweiligen Eingangwert zugeordneten Gewichtungsfaktor w1 – wx gewichtet wird. Die Gewichtungsfaktoren w1 – wx werden durch ein Training des neuronalen Netzes 21 modifiziert, wobei zu Beginn des Trainings des neuronalen Netzes zufällig erzeugte Gewichtungsfaktoren w1 – wx zugrundegelegt werden können und durch Verknüpfung mit den gemessenen Betriebsparametern b der Brennkraftmaschine fein justiert werden. Die Gewichtungs faktoren w1 – wx werden durch ein Training des neuronalen Netzes 21 für verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine endgültig kalibriert. Das Ausgangssignal 22 des neuronalen Netzes wird als Ist-Wert der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzunktes der Regelung des Verbrennungsverhaltens der Brennkraftmaschine zugrundegelegt.
  • Die Gewichtungsfaktoren w1 – wx werden im Rahmen des Trainings des neuronalen Netzes 21 mit einem lernfähigen Algorithmus modifiziert. Dabei kann eine Fehlerrate der Abweichungen tatsächlicher Messungen von dem Idealwert gesenkt werden durch eine steigende Anzahl von Wiederholungen (iterations) des Modifikationsvorganges der Gewichtungsfaktoren. Es hat sich herausgestellt, daß bei mehr als 600 iterations kaum noch eine Verbesserung der Fehlerrate erreichbar ist und bei etwa 1000 Wiederholungen Konvergenz eintritt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das neuronale Netz mit einer versteckten Schicht (hidden layer) ausgestattet, in der der Algorithmus zur Modifizierung der Gewichtungsfaktoren durchgeführt wird. In Neuronen der versteckten Schicht werden die gewichteten Eingangwerte in einer aufsummierten Form als sigmoide Funktion nach einer weiteren Gewichtung und Summierung über eine lineare Funktion zum Ausgangsignal transformiert. Dabei wird eine optimale Genauigkeit der Modifizierung im Vergleich zum Aufwand mit einer verdeckten Schicht mit 7 Neuronen erreicht und mit allen möglichen Algorithmen zur Modifizierung der Gewichtungsfaktoren hohe Zuverlässigkeits- und Genauigkeitswerte oberhalb von 90% fehlerfreier Ergebnisse innerhalb von 0,5° Kurbelwinkel erhalten.
  • 3 zeigt ein Schaubild, in dem strichliiert die lineare Funktion 23 am Ausgang des neuronalen Netzes der verdeckten Schicht dargestellt ist. Mit den Kreuzen sind die durch Gewichtung des normierten Ionenstromsignals bestimmten Ergebnisse der Lagen des 50%-Massenumsatzpunktes entsprechend den jeweiligen Kurbelwinkellagen eingetragen. Entsprechend der Abweichung bzw. Entfernung der mit den Kreuzen markierten Stellen von der optimalen Linearfunktion 23 werden die den jeweiligen Meßergebnissen zugeordneten Gewichtungsfaktoren modifiziert und im Rahmen des Trainings des neuronalen Netzes den weiteren Verbrennungen zugrundegelegt.

Claims (24)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1), in deren Zylindern (2) jeweils ein Brennraum ausgebildet ist, in dem ein Kraft/Luft-Gemisch mit direkteingespritztem Kraftstoff und separat durch mindestens einen Einlaßkanal (6, 7) pro Zylinder (2) zugeführtem Frischgas gebildet und verbrannt wird und die Verbrennungsabgase durch wenigstens einen Auslaßkanal (8) aus dem Brennraum abgeführt werden, wobei eine Regelung des Verbrennungsvorganges vorgesehen ist, bei der ein Ist-Wert der Kurbelwinkellage eines 50%-Massenumsatzpunktes (H 50) des bei der Verbrennung umzusetzenden Kraftstoffes unter Berücksichtigung eines Meßsignals (11) eines im Brennraum angeordneten Ionenstromsensors (4) bestimmt wird und durch Variation wenigstens einer auf die Verbrennung wirkenden Stellgröße der Brennkraftmaschine (1) einem vorgegebenen Sollwert der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes (H 50) nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Ist-Wertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes in einem geschichteten neuronalen Netz (21) erfolgt, in welchem die Messergebnisse des Ionenstromsensors (4) mit wenigstens einem weiteren laufend gemessenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) verknüpft werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Meßsignal (11) des Ionenstromsensors (4) zeitlich über den Zyklus des Zylinders (2) versetzte Eingangswerte (I1–x) erfaßt werden, welche mit Gewichtungsfaktoren (W1–x) gewichtet werden und über Neuronen des neuronalen Netzes 21 verknüpft und als Ist-Wert der Lage des 50%-Massenumsatzpunktes (H50) ausgegeben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Training des neuronalen Netzes (21), bei dem die Gewichtungsfaktoren (W1–x) mit einem lernfähigen Algorithmus laufend berechnet und bezüglich der Genauigkeit der Bestimmung des Ist-Wertes der Lage des 50%-Massenumsatzpnktes (H50) modifiziert werden, über eine vorbestimmte Anzahl von Zylinderzyklen vorgesehen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Training des neuronalen Netzes (21) über 100 bis 600 Zylinderzyklen, vorzugsweise 350 Zyklen vorgesehen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfaktoren (W1 – Wx) durch ein Training des neuronalen Netzes (21) für verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine (1) kalibriert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz (21) mit mehreren gemessenen Parametern trainiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz (21) mit einer verdeckten Schicht (hidden layer) ausgestattet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der verdeckten Schicht mehrere, vorzugsweise 7 Neuronen vorgesehen sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verknüpften Eingangswerte (I1–x) des neuronalen Netzes (21) in einer sigmoiden Funktion der verdeckten Schicht eingegeben und zu einer linearen Funktion (23) transformiert und ausgegeben werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ionenstromsignal (11) normierte Eingangswerte für das neuronale Netz (21) gebildet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Training des neuronalen Netzes (21) eine Validationsphase vorgesehen ist, bei der eine Bewertung der Leistungsfähigkeit des neuronalen Netzes mit den ermittelten Gewichtungsfaktoren (W1–x) erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Validation über etwa die gleiche Anzahl an Zylinderzyklen erfolgt wie das Training des neuronalen Netzes (21).
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (1) in einem Fremdzündungsmodus betreibbar ist mit Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches mittels einer Zündkerze und wenigstens einem Teil des Lastbereiches eine Betriebsart mit Kompressionszündung vorgesehen ist, bei welcher eine Selbstzündung des Gemisches erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (4) des jeweiligen Zylinders (2) den Ionenstromsensor bildet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebsparameter zur Einspeisung in das neuronale Netz (21) aus dem Meßsignal eines Lambdasensors (16) bestimmt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebsparameter zur Speisung des neuronalen Netzes (21) aus dem Meßsignal von Temperatursensoren bestimmt werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einregelung des Sollwertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes Stellglieder mit Wirkung auf den Frischgasanteil im Gemisch und/oder die Kraftstoffeinspritzung angesteuert werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einregelung des gewünschten Verbrennungsverhaltens im jeweiligen Brennraum (2) auf den Massenstrom in den Einlaßkanälen (6, 7) eingewirkt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke einer Drallströmung der einströmenden Frischluft um die Zylinderachse zur Einregelung des gewünschten Verbrennungsverhaltens variiert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine variabel einstellbare Steuerung (15) der Gaswechselventile (12, 13, 14) als Stellglied der Regelung des Verbrennungsverhaltens eingesetzt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellgröße der Regelung der Restabgasgehalt im Brennraum verändert wird und entsprechend die Steuerzeichen des Auslaßventils (14) als Stellglied der Regelung variiert werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einregelung des Sollwertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes die Menge des eingespritzten Kraftstoffes variiert wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einregelung des Sollwertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes der Einspritzdruck variiert wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einregelung des Sollwertes der Kurbelwinkellage des 50%-Massenumsatzpunktes eine Variierung der Einspritzparameter einer der Haupteinspritzung vorausgehenden Piloteinspritzung vorgesehen ist.
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