DE102006001369A1

DE102006001369A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006001369A1
Application number: DE102006001369A
Authority: DE
Inventors: Jens Damitz; Michael Kessler; Mohamed Youssef; Arnold Engber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-05-03
Also published as: US20070106450A1; FR2892464A1; US7383116B2; ITMI20061971A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei denen eine Geräuschgröße mit einem Sollwert verglichen und ausgehend von dem Vergleich eine Stellgröße vorgegeben wird. Wobei die Geräuschgröße mittels einer gewichteten Summation von wenigstens zweier Merkmale berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 103 05 656 bekannt. Mit dem dort beschriebenen Verfahren werden, ausgehend von dem Signal eines Körperschaltsensors verschiedene Kenngrößen ermittelt, die zur Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden.

Offenbarung der Erfindung

Bei der Steuerung und/oder Reglung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine werden teilhomogene und/oder homogene Brennverfahren eingesetzt, die durch eine hohe Abgasrückführrate in Kombination mit einer gegenüber der konventionellen Verbrennung modifizierten Einspritzung zur Erzielung eines großen Zündverzugs charakterisiert sind. Diese Brennverfahren werden in Teilbereichen des motorischen Betriebskennfelds als eine Betriebsart neben dem konventionellen, inhomogenen Brennverfahren eingesetzt. Vorteilhaft bei diesen teilhomogenen oder homogenen Brennverfahren ist, dass bei diesen eine niedere Emission, insbesondere von Stickoxiden oder Partikeln auftreten. Nachteilig an diesen teilhomogenen bzw. homogenen Brennverfahren ist, dass, aufgrund des hohen Zündverzugs verstärkt Geräuschemissionen auftreten, welche durch bekannte Maßnahmen, wie eine erhöhte Abgasrückführrate oder die Spätverstellung der Verbrennung nicht vollständig vermieden werden können. Vor allem beim Übergang vom konventionellen zum teilhomogenen Betrieb sowie in dynamischen Betriebszuständen treten diese Geräuschemissionen auf.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass durch Ermittlung einer Geräuschgröße, die die Intensität der Verbrennungsgeräusche charakterisiert, eine Kenngröße bereitgestellt wird, die eine genaue Regelung und/oder Steuerung der Brennkraftmaschine ermöglicht. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass diese Kenngröße mittels einer gewichteten Summation aus wenigstens zweier Einzelgeräuschgröße berechnet wird.

Diese Geräuschgröße ermöglicht eine Bewertung der Geräuschemission im Fahrzeug. Dadurch ist es möglich, permanent die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Verbrennungsgeräusche zu optimieren.

Die Einzelgeräuschgrößen werden vorzugsweise ausgehend von Messgrößen ermittelt, die den Verbrennungsvorgang charakterisieren. Als besonders geeignet sind Signale, wie der Brennraumdruck und/oder der Körperschall anzusehen. Neben aus diesen Größen abgeleiteten Einzelgeräuschgrößen können noch weitere Einzelgeräuschgrößen ausgehend von dem Luftsystem berechnet werden.

Die zur Wichtung der Einzelgeräuschgrößen verwendeten Faktoren werden gelernt.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
1 die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Signalaufbereitung.
In Figur ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet. Dieser zugeordnet ist ein Einspritzsystem 110, eine erster Sensor 120 und ein zweiter Sensor 125. Neben diesen Elementen können noch weitere Sensoren und weitere Steller der Brennkraftmaschine 100 zugeordnet sein.
Der erste Sensor liefert ein Signal P an eine Merkmalsberechnung 130, ferner liefert der zweite Sensor 125 ein Signal KW an die Merkmalsberechnung 130. Ausgehend von diesen Größen und gegebenenfalls weiteren Größen berechnet die Merkmalsberechnung 130 eine erste Größe B und eine zweite Größe G. Die zweite Größe G, die auch als Geräuschgröße bezeichnet wird, gelangt zu einem zweiten Regler 140, der auch als Geräuschregler bezeichnet wird, und von dort zu einem Verknüpfungspunkt 150. Die erste Größe B gelangt unmittelbar zu dem Verknüpfungspunkt 150. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunkts 150 wird ein Verknüpfungspunkt 155 beaufschlagt, an dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal S einer Sollwertvorgabe 160 anliegt. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunkts 155 wird ein erster Regler 170 beaufschlagt.
Des Weiteren sind weitere Steuerfunktionen 180 vorgesehen, die verschiedene Steuergrößen bereitstellen. Dies sind unter anderem eine Größe BP2, die den Beginn einer Voreinspritzung angibt, eine Größe DP2, die die Dauer der Voreinspritzung angibt, die Größe P2, die den Raildruck eines Common Rail Systems angibt und die Größe BM2, die den Beginn einer Haupteinspritzung angibt. Diese Größen gelangen jeweils zu einem Verknüpfungspunkt 190, 192, 194 und 196. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunkts 190 liegt das Ausgangssignal BP1 des zweiten Reglers 140. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunkts 192 liegt das Ausgangssignal DP1 des zweiten Reglers 140. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunkts 194 liegt das Ausgangssignal P1 des zweiten Reglers 140. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunkts 196 liegt das Ausgangssignal BM1 des ersten Reglers 170. D. h. der entsprechenden Stellgrößen der Steuerfunktionen 180 werden in den Verknüpfungspunkten 190, 192, 194 und 196 die Stellgrößen des ersten Reglers 170 bzw. des zweiten Reglers 140 überlagert. Und zur Ansteuerung des Einspritzsystems 110 verwendet.
Üblicher Weise werden als Einspritzsystem Injektor verwendet, der ein Magnetventil oder einen Piezo-Aktor beinhaltet, dessen Ansteuerungsbeginn den Beginn der jeweiligen Einspritzung und dessen Ansteuerende zusammen mit dem Ansteuerbeginn die Ansteuerdauer und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge beeinflusst. Des Weiteren ist ein Stellelement vorgesehen, dass den Raildruck beeinflusst. Abhängig von den Signalen BP1, DP1, P1 und BM1 stellt das Magnetventil bzw. der Piezo-Aktor, die jeweiligen Größen ein. Die angegebenen Größen geben eine bevorzugte Auswahl an Größen an, auf die der Geräuschregler 140 bzw. der erste Regler 170 eingreifen. Neben die Größen können die beiden Regler noch auf weitere Größen eingreifen. Bei vereinfachten Ausführungsformen kann auch vorgesehen sein, dass die Regler nur auf eine Auswahl oder gar auf einzelne Größen eingreifen.
Als weitere Stellgrößen, auf die der Geräuschregler eingreifen kann sind die Dauer der Voreinspritzung, der Beginn der Voreinspritzung und/oder die Anzahl der Voreinspritzungen. Das heißt es können eine oder mehrere Voreinspritzungen vorgesehen sein, wobei bei einer oder mehreren dieser Voreinspritzungen auf die Dauer und/oder den Beginn der Voreinspritzung eingegriffen wird. Falls entsprechende Steller vorhanden sind, kann in vorteilhafter weise auch der Drall der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, als Stellgröße verwendet werden. Ferner kann auf ein Heizelement eingegriffen werden. Dies bedeutet, zur Geräuschregelung kann ein spezieller Glühvorgang, der auch als Zwischenglühen bezeichnet wird, der Glühkerzen eingeleitet werden. Dabei kann die Temperatur der Glühkerzen, die Zeitdauer des Glühvorgangs, die Häufigkeit des Glühvorgangs und/oder eine andere Größe, die sich auf die Temperatur der Glühkerzen auswirkt als Stellgröße verwendet werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Geräuschregler auf das Luftsystem eingreift. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Stellgröße die Abgasrüekführrate oder eine der Abgasrückfuhrrate vergleichbare Größe verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Sollwertvorgabe 160 einen Sollwert S für die Verbrennungslage vorgibt. Dieser wird im Verknüpfungspunkt 155 mit der ersten Größe B verglichen. Ausgehend von diesem Vergleich bestimmt der erste Regler 170 eine Stellgröße BM1, die den Beginn der Haupteinspritzung beeinflusst. Diese Größe wird im Verknüpfungspunkt 156 mit der Steuergröße BM2, die ebenfalls den Brennbeginn angibt, und von weiteren Steuerfunktionen 180 vorgegeben wird, verknüpft. D. h. die Merkmalsberechnung 130 berechnet, ausgehend von dem Signal P einen Istwert der Verbrennungslage, der im Verknüpfungspunkt 155 mit dem Sollwert S verknüpft wird. Ausgehend von der Abweichung des Istwerts vom Sollwert für die Verbrennungslage bestimmt der erste Regler 170 die Stellgröße BM1 zur Beeinflussung des Beginns der Hautpeinspritzung. D. h. der Beginn der Hautpeinspritzung wird abhängig von der Abweichung der Verbrennungslage von ihrem Sollwert geregelt.
Des weiteren berechnet die Merkmalsberechnung 130 eine zweite Größe G, die die Intensität der Verbrennungsgeräusche charakterisiert. Die Berechnung dieser Geräuschgröße ist in 2 detaillierter ausgeführt. Diese Geräuschgröße G wird einem zweiten Regler, der im Folgenden auch als Geräuschregler 140 bezeichnet wird zugeführt. Der Istwert der Geräuschgröße G wird dann von dem Geräuschregler 140 auf einen maximal tolerierbaren Wert, der auch als Sollwert bezeichnet wird, eingeregelt. Zur Einstellung der Geräuschemission greift der zweite Regler auf die Dauer der Voreinspritzung DP1, den Beginn der Voreinspritzung BP1 und/oder den Raildruck P1 ein. So wird beispielsweise von dem Regler ein Korrekturwert für die entsprechenden Größen vorgegeben, mit dem in den Verknüpfungspunkten 190, 192 und/oder 194 die entsprechenden Größen BP2, DP2 und P2, die von den Standardsteuerfunktionen 160 vorgegeben werden entsprechend korrigiert werden. Mit den Ausgangssignalen der entsprechenden Verknüpfungspunkte wird dann das Einspritzsystem entsprechend angesteuert.
Erfindungsgemäß wird ausgehend von dem Signal P des ersten Sensors sowohl eine Geräuschgröße G als auch ein Größe B, die die Verbrennungslage charakterisiert, berechnet. Diese Größen werden jeweils einem Regler 170 bzw. 140 zugeleitet, der diese Größen auf einen vorgegebenen Sollwert einregelt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Sollwert S für die Verbrennungslage abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgebbar ist. Für den Sollwert des Reglers 140 wird vorzugsweise ein fester Wert vorgegeben.
Der Geräuschregler 140 kann sowohl auf alle drei der angegebenen Größen, als auch auf nur eine oder zwei dieser Größen eingreifen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Geräuschregler noch auf weitere, nicht dargestellten Größen, die einen Einfluss auf die Geräuschemission des Fahrzeugs haben, eingreift.
Des Weiteren kann bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Geräuschregler 140 zusätzliche über den Verknüpfungspunkt 150 auf den Istwert der Verbrennungslage im Sinne einer Störgrößenaufschaltung eingreift. Diese vier dargestellten Eingriffe können alleine oder in Kombination miteinander erfolgen.
Dies bedeutet, der zweite Regler 140, der die Geräuschgröße regelt, greift auf den Beginn einer Voreinspritzung, die Dauer einer Haupteinspritzung, die Dauer einer Voreinspritzung, den Kraftstoffdruck und/oder auf die Verbrennungslage ein. Der erste Regler greift vorzugsweise lediglich auf den Beginn der Hatupteinspritzung ein.
In 2 ist die Bestimmung der Geräuschgröße G detailliert dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Mit 201 ist eine erste Merkmalsvorgabe 201 bezeichnet, die ein erstes Merkmal M1 bereitstellt. Mit 209 ist eine zweite Merkmalsvorgabe bezeichnet, die ein zweites Merkmal Mn bereitstellt. Die Merkmalsvorgaben beaufschlagen eine Summation 210 mit den Merkmalen M1, Mn. Das Ausgangssignal G, das der Geräuschgröße entspricht, gelangt zum Geräuschregler 140 bzw. zum Verknüpfungspunkt 150. Ferner gelangt die Geräuschgröße G über einen Verknüpfungspunkt 220 zu einer Faktorvorgabe 230. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 220 liegt das Ausgangssignal GR einer Referenzwertvorgabe 240.
Ausgehend von dem Signal des ersten Sensors 120 berechnet die Merkmalsvorgabe 201 ein erstes Merkmal M1. Hiezu wird beispielsweise das Ausgangssignal des Brennraumdrucksensors 120 speziell gefiltert und verarbeitet, bis ein Merkmal M1 zur Verfügung steht, das die Geräuschemission des Motors charakterisiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das wenigstens zwei Merkmalsvorgaben vorgesehen sind, die wenigstens zwei Merkmale bestimmen. So kann das zweite Merkmal unter Verwendung des gleichen Sensorsignals mittels einer anderen Filterung gebildet werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein anderes Sensorsignal und/oder eine andere Filterung verwendet wird. Insbesondere kann als Sensor ein Körperschalsensor verwendet werden. Des Weiteren kann ein Merkmal ausgehend vom Luftsystem ermittelt werden.
Als geräuschrelevantes Merkmal Mi aus dem Luftsystem kann der Ladedruck und/oder die Abgasrückführrate verwendet werden. Dabei kann bei einer Regelung der Abgasrückführrate der Istwert der Abgasrückführrate und/oder die Regelabweichung und/oder die Stellgröße und/oder eine diese Größen charakterisierende Größen als Merkmal Mi verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Brennraumdruck zu Beginn der Kompression bzw. ein Merkmal welches die Zylinderladung wiedergibt verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese über eine Regression aus dem Zylinderdruck berechnet werden.
Die Summation berechnet ausgehend von den Merkmalen Mi und den Wichtungsfaktoren Fi die Geräuschgröße G. Dies erfolgt beispielsweise unter der Verwendung der folgenden Formel:
Dabei ist mit Mi das i-te Merkmal und mit Fi der i-te Wichtungsfaktor bezeichnet. Dabei nimmt die Zahl N wenigstens den Wert 2 an. Das heißt es werden wenigstens zwei Merkmale zur Berechnung der Geräuschgröße verwendet. Es ist aber auch möglich, dass mehr als zwei Merkmale verwendet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wichtungsfaktoren gelernt werden. Hierzu wird die Geräuschgröße G im Verknüpfungspunkt 220 mit einem Referenzwert GR für die Geräuschgröße verglichen. Abhängig von diesem Vergleich werden die Faktoren Fi verändert und geeignet abgespeichert. Hierzu gibt die Referenzwertvorgabe 240 einen Referenzwert GR vor.
Das Lernen der Gewichtungsfaktoren erfolgt vorzugsweise im Rahmen der Applikation. Am Prüfstand steht üblicherweise ein Merkmal zur Verfügung, das üblicherweise als Standard für die Geräuschbewertung dient. Dieses wird als Referenzwert GR verwendet. In den zu applizierenden Betriebspunkten werden die Gewichtungsfaktoren Fi über einen Optimierungsalgorithmus so eingestellt, dass der Fehler zwischen Referenzmerkmal GR und Geräuschgröße G minimal wird. Die so gelernten Faktoren Fi werden in Kennfeldern abgelegt und können im Betrieb zur Berechnung der Geräuschgröße verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass in geeigneten Betriebszuständen die Faktoren Fi durch vergleich der Geräuschgröße G mit einem vorgegebenen Wert GR gelernt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Filterung der Geräuschgröße vorgesehen ist, die dem dynamischen Verhalten des menschlichen Ohres angepasst ist. Das heißt die Geräuschgröße entspricht dem Höreindruck des Menschen. Signalanteile, die störend empfunden werden, werden durch die Filterung stärker verstärkt als Signalanteile, die nicht als störend empfunden werden. Hierzu wird die Geräuschgröße vor der Weitergabe an den Geräuschregler 140 für jeden Zylinder einzeln, aber identisch gefiltert. Bei der einfachsten Ausgestaltung, die eine entsprechende Wirkung erzielt, ist vorgesehen, dass eine Mittelwertbildung über eine von der Motordrehzahl abhängige Anzahl von Arbeitsspielen erfolgt.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Geräuschgröße mit einem Sollwert verglichen und ausgehend von dem Vergleich eine Stellgröße vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschgröße mittels einer gewichteten Summation von wenigstens zweier Merkmale berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Merkmale ausgehend von einem Brennraumdrucksignal und/oder einem Körperschallsignal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Merkmale ausgehend von einem Signal eines Luftsystems ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Wichtung der Merkmale verwendeten Wichtungsfaktoren gelernt werden.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die eine Geräuschgröße mit einem Sollwert vergleichen und ausgehend von dem Vergleich eine Stellgröße vorgeben, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die die Geräuschgröße mittels einer gewichteten Summation von wenigstens zweier Merkmale berechnen.