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STAND DER TECHNIK
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Selbstzündende Verbrennungsverfahren, wie
beispielsweise HCCI-Verfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition)
oder CAI-Verfahren (Controlled Auto Ignition), weisen gegenüber konventionellen
Verbrennungsverfahren einen sparsameren Kraftstoffverbrauch, insbesondere
in den Teillastbereichen, auf. Ein weiterer Vorteil ist die deutlich
reduzierte Schadstoff-Rohemission, vor allem im Vergleich mit dem
ebenfalls kraftstoffsparenden Schichtbetrieb. Somit kann auf ein
zusätzliches,
relativ teures System zur Abgasnachbehandlung, beispielsweise einen
NOx-Speicherkatalysator, bei einem selbstzündenden Verbrennungsverfahren
verzichtet werden.
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Ein
selbstzündender
Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein CAI-Motor, ist in der
Regel mit einem Luftzufuhrventil, einem Abgasventil und einer Benzin-Direkteinspritzung
ausgestattet. Bei dem Luftzufuhrventil und dem Abgasventil unterscheidet man
zwischen vollvariablen Ventilen, beispielsweise realisiert durch
eine elektro-hydraulische Ventil-Steuerung, und teilvariablen Ventilbetrieben,
wie z. B. nockenwellengesteuerten Ventilen. Letztere stellen die kostengünstige Alternative
dar.
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Bei
der Steuerung des Abgasventils existieren verschiedene Strategien,
um eine gewünschte Restgasmenge
in einem Zylinder des Verbrennungsmotors zur Einleitung der Verbrennung
während
der Kompressionsphase durch das heiße Restgas zu gewährleisten.
Beispielsweise kann durch eine negative Ventilüberschneidung eine bestimmte
Restgasmenge nach einer Verbrennung im Zylinder gehalten werden.
Man spricht dabei von einer rückgehaltenen internen
Restgasmenge. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann eine externe
Restgasmenge in den Zylinder zurückgeführt oder
durch kurzfristiges Öffnen
des Auslassventils während
der Ansaugphase rückgesaugt
werden.
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Bei
einem selbstzündenden
Verbrennungsverfahren werden jedoch häufig aufgrund eines nicht vorhandenen
direkten Triggers (z. B. durch einen Zündfunken) zu frühe und/oder
zu späte
Zündungszeiten
festgestellt. Man spricht dabei auch von zu frühen oder zu späten Verbrennungslagen.
Eine Verbren nungslage bezeichnet häufig einen Kurbelwellenwinkel,
bei welchem ein bestimmter Prozentsatz des Energieumsatzes erfolgt
ist. Ein Beispiel für
eine derartige Verbrennungslage ist der Verbrennungsschwerpunkt
MFB 50 (Mass Fraction Burnt 50%).
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Zu
frühe Verbrennungslagen
führen
häufig zu
lauten, klopfenden Verbrennungsgeräuschen, welche einen Fahrer
merklich stören.
Diese klopfenden Verbrennungen können
auch den Motor schädigen.
Zusätzlich
besteht bei einer zu frühen
Verbrennungslage das Risiko, dass das Abgas abkühlt und deshalb beim Einleiten
eines folgenden Verbrennungsvorgangs nicht mehr die dazu notwendige Temperatur
aufweist. Die folgende Verbrennung kann in diesem Fall zu spät erfolgen
oder ganz ausbleiben.
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Ein
Nachteil von späten
Verbrennungslagen besteht in einer zu hohen Temperatur des Abgases beim
Einleiten der folgenden Verbrennung, wodurch diese nachfolgende
Verbrennung in der Regel zu früh stattfindet.
Somit besteht beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors
die Gefahr, dass die Abweichungen der Verbrennungslage zu einer
für den
Betrieb geeigneten Soll-Verbrennungslage im Laufe der Zeit zunehmen,
bis der Motorbetrieb instabil wird.
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Es
ist deshalb wünschenswert, über eine Möglichkeit
zu verfügen,
um ein Einhalten einer vorgegebenen Soll-Verbrennungslage beim Betreiben eines
selbstzündenden
Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine entsprechende
Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist,
ein Rechenmodell für das
Verhalten eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors in Abhängigkeit
von mindestens einer Betriebsgröße des Verbrennungsmotors
zu erstellen. Mit Hilfe eines derartigen Modells ist es möglich, den Betrieb
des selbstzündenden
Verbrennungsmotors prädiktiv
zu regeln.
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Das
grundlegende Konzept besteht darin, nach Abschluss eines Verbrennungszyklus
die Berechnung des Modells für
eine vorgegebene maximale Anzahl von Iterationen durchzuführen, wobei
die für
den folgenden Zyklus geltenden Werte der mindestens einen Betriebsgröße konstant
vorgegeben, oder nach jedem Verbrennungszyklus neu ermittelt werden
können.
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Bei
der Erstellung eines Rechenmodells für einen Verbrennungsmotor ergibt
sich häufig
das Problem, dass das Rechenmodell trotz seiner Einfachheit nicht-linearen
Charakter besitzt und deshalb für jede
Betriebsgröße gesondert
invertiert werden muss. Dies kann bedeuten, dass man mehrere Versionen
des invertierten Rechenmodells (Physical Control Model) im Steuergerät abspeichern
müsste,
um bei Bedarf zwischen diesen umschalten zu können. Darüber hinaus resultiert die Inversion
des Modells in der Regel in algebraischen Schleifen beziehungsweise
nicht-linearen Nullstellenproblemen, welche iterativ bearbeitet
werden und für
eine Echtzeitimplantierung generell ungünstig sind.
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Die
vorliegende Erfindung löst
dieses Problem, indem vor einem Betreiben des Verbrennungsmotors
das vorgegebene Rechenmodell mindestens einmal durchlaufen wird.
Dies kann mit mindestens einer vorgegebenen Betriebsgröße geschehen,
wobei die mindestens eine vorgegebene Betriebsgröße nach jedem Durchlaufen des
Rechenmodells neu festgelegt werden kann. Anhand der beim Durchlaufen
des Rechenmodells ermittelten Verbrennungslage lässt sich anschließend feststellen,
ob die mindestens eine vorgegebene Betriebsgröße für den Verbrennungsmotor geeignet
gewählt
ist. Erst nachdem die Eignung der mindestens einen Betriebsgröße für den selbstzündenden
Verbrennungsmotor anhand des Rechenmodells festgestellt ist, wird
die mindestens eine Betriebsgröße an ein
Steuersystem des Verbrennungsmotors bereitgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung besitzt gleichzeitig den Vorteil, dass das
Ermitteln der mindestens einen geeigneten Betriebsgröße in einem
definierten Zeitrahmen möglich
ist. Die Erfindung offenbart damit ein Verfahren zur Online-Invertierung
eines physikalischen Verbrennungsmodells hinsichtlich beliebiger Betriebsgrößen. Dies
geschieht ohne explizite Inversion des Rechenmodells über eine
Regelung des Vorwärtsmodells.
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Die
mittels des Rechenmodells berechnete wahrscheinliche Verbrennungslage
kann auch als prädizierte
Verbrennungslage bezeichnet werden. Die wahrscheinliche Verbrennungslage
entspricht einem wahrscheinlichen Zeitpunkt für einen bestimmten Energieumsatz
bei der Verbrennung, beispielsweise dem Verbrennungsschwerpunkt
MFB 50 (Mass Fraction Burnt 50%), einem Zündungszeitpunkt und/oder einer
Verbrennungsdauer. Vorzugsweise ist das zugehörige Verbrennungsmerkmal mittels
eines Sensors, z. B. mittels eines Brennraumdrucksensors, über eine
Heizverlaufsrechnung auf Basis des gemessenen Druckverlaufs ermittelbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird als Rechenmodell ein Modell zum Ermitteln der nach dem mindestens
einen Zyklus wahrscheinlichen Verbrennungslage abhängig von
einer Luftzufuhrventilansteuergröße, einer
Abgasventilansteuergröße und/oder
einer Injektoransteuergröße als die
mindestens eine Betriebsgröße vorgegeben.
Die mindestens eine Betriebsgröße ist dabei
beispielsweise eine Haupteinspritzmenge, eine Voreinspritzmenge,
ein Quotient aus Voreinspritzmenge und Hauptein spritzmenge, eine
Einspritzlage, eine Öffnungszeit
eines Injektors, eine Schließzeit
des Injektors, eine Frischluftmenge, eine interne und/oder externe
Abgasmenge, eine Öffnungs-
und/oder Schließzeit
des Luftzufuhrventils und/oder des Abgasventils. Alle diese Betriebsgrößen sind
dazu geeignet, eine Beschleunigung oder eine Verzögerung eines
Verbrennungsvorgangs zu bewirken.
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In
einer Weiterbildung wird als Rechenmodell ein Modell zum Ermitteln
der nach dem mindestens einen Zyklus wahrscheinlichen Verbrennungslage
in zusätzlicher
Abhängigkeit
von einer Kraftstoffqualität,
einer Motortemperatur, einer Außentemperatur,
eines Atmosphärendrucks,
einer Luftfeuchtigkeit und/oder eines Alters des Verbrennungsmotors vorgegeben.
Auf diese Weise kann schon vor einem Betreiben des Verbrennungsmotors
ermittelt werden, welche Betriebsgröße aufgrund von aktuellen Umwelt-
und Motorbedingungen besonders geeignet ist.
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Vorzugsweise
wird vor dem mindestens einmaligen Durchlaufen des Rechenmodells
ein Ausgangswert für
die mindestens eine Betriebsgröße vorgegeben.
Mittels der vorliegenden Erfindung kann dann ermittelt werden, ob
der vorgegebene Ausgangswert für
die aktuellen Umwelt- und Motorbedingungen geeignet ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird nach jedem Durchlaufen des Rechenmodells während des mehrmaligen Durchlaufens
des Rechenmodells die ermittelte wahrscheinliche Verbrennungslage
mit der Soll-Verbrennungslage verglichen, und, sofern die ermittelte
wahrscheinliche Verbrennungslage von der Soll-Verbrennungslage abweicht,
eine neue Betriebsgröße vorgegeben.
Auf diese Weise lässt
sich, sofern die vorgegebene Ausgangsgröße zum Betreiben des Verbrennungsmotors
unter den aktuellen Umwelt- und Motorbedingungen nicht geeignet
ist, eine neue Betriebsgröße ermitteln
und testen.
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Der
Vorgang des mindestens einmaligen Durchlaufens des Rechenmodells
kann abgebrochen werden, sofern mindestens einmal eine wahrscheinliche
Verbrennungslage gleich der Soll-Verbrennungslage ermittelt wird.
Ebenso kann der Vorgang abgebrochen werden, sobald die wahrscheinliche Verbrennungslage
innerhalb des vorgegebenen Abweichungsbereichs um die Soll-Verbrennungslage liegt.
Die als geeignet erkannte mindestens eine Betriebsgröße wird
anschließend
an ein Steuersystem des Verbrennungsmotors bereitgestellt. Dies
gewährleistet
das Betreiben des Verbrennungsmotors mit mindestens einer geeigneten
Ansteuergröße.
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Beispielsweise
wird das Rechenmodell mehrmals durchlaufen, und ermittelt, ob sich
die ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslagen an die Soll-Verbrennungslage
annähern.
Ein Annähern der
ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslagen an die Soll-Verbrennungslage
ist beispielsweise gegeben, wenn die Abweichungen zwischen den ermittelten
wahrscheinlichen Verbrennungslagen und der Soll-Verbrennungslage
abnehmen. Vorzugsweise nehme die Abweichungen bzgl. ihres Absolutbetrags stetig
ab. Man spricht dabei häufig
auch von einem Einpendeln der ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslagen
um der Soll-Verbrennungslage. Auf diese Weise lässt sich ermitteln, ob sich
die den ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslagen zugehörigen Betriebsgrößen zum
Ansteuern des Verbrennungsmotors eignen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird als Rechenmodell ein Modell zum Ermitteln der nach dem mindestens
einen Zyklus wahrscheinlichen Verbrennungslage abhängig von
mindestens einer ersten Betriebsgröße und einer zweiten Betriebsgröße vorgegeben.
Vorzugsweise wird das mindestens einmalige Durchlaufen des Rechenmodells mindestens
zweimal ausgeführt,
wobei bei einem ersten Durchlaufen die erste Betriebsgröße abhängig einer
Abweichung der ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslage von
der Soll-Verbrennungslage geändert
wird, und bei einem zweiten Durchlaufen die zweite Betriebsgröße abhängig einer
Abweichung der ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslage von
der Soll-Verbrennungslage geändert wird.
Dies vereinfacht den Rechenvorgang zum Ermitteln geeigneter Betriebsgrößen zum
Betreben des selbstzündenden
Verbrennungsmotors. Anschließend
können
die beim ersten Durchlaufen und die beim zweiten Durchlaufen ermittelten
wahrscheinlichen Verbrennungslagen mit der Soll-Verbrennungslage
verglichen werden. Somit lässt
sich ermittein, welche Betriebsgröße unter gegebenen Umwelt- und/oder
Motorbedingungen am besten variiert wird, um eine gewünschte Soll-Verbrennungslage
einzustellen und einzuhalten.
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Die
Entscheidung, welche der mindestens zwei Betriebsgrößen zum
Beeinflussen der Verbrennungslage gewählt wird, kann beispielsweise
abhängig
von der Anzahl der notwendigen Iterationen zum Erreichen der vorgegebenen
Soll-Verbrennungslage getroffen werden. Ebenso kann bei einem Feststellen,
dass eine der mindestens zwei Betriebsgrößen in eine Sättigung
geht, d. h. eine vordefinierte Schwelle überschreitet, entschieden werden,
dass diese Betriebsgröße zum Beeinflussen
der Verbrennungslage nicht verwendet wird. Auch die während des
Beeinflussens der Verbrennungslage mittels eines Variierens einer
Betriebsgröße festgestellten
Abweichungen oder deren Beträge
können
herangezogen werden, um zu entscheiden, ob die jeweilige Betriebsgröße für dieses
Verfahren bei dem aktuellen Motor- und Umgebungsbedingungen geeignet
ist.
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Die
in den oberen Abschnitten beschriebenen Vorteile gelten auch für eine entsprechende Steuervorrichtung.
Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor ein Ottomotor sein. Der
Einsatz des prädiktiv
geregelten CAI-Brennverfahrens gewährleistet in diesem Fall einen
sparsamen Kraftstoffverbrauch und eine reduzierte Schadstoff-Rohemission.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuervorrichtung
zum Steuern eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors; und
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2 ein
Blockschaltbild zur Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Steuern eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuervorrichtung
zum Steuern eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors. Die dargestellte Steuervorrichtung 10 kann nahe
an einem selbstzündenden
Verbrennungsmotor 12, beispielsweise einem Ottomotor für das HCCI-Verfahren mit einer
beliebigen Anzahl von Zylindern, angeordnet sein. Ebenso kann die
Steuervorrichtung 10 Bestandteil eines zentralen Fahrzeug-Steuergeräts sein.
In diesem Fall ist die Steuervorrichtung 10 mit einem Injektor 14,
einem Luftzufuhrventil 16 und einem Abgasventil 18 des
Verbrennungsmotors 12 über
Leitungen oder über
einen Fahrzeugbus verbunden.
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Die
Steuervorrichtung 10 weist eine Rechnereinrichtung 20 mit
mindestens einem abgespeicherten Rechenmodell 22 auf. Das
Rechenmodell 22 gibt das Verhalten des Verbrennungsmotors 12 in
Abhängigkeit
von mindestens einer Betriebsgröße wieder. Die
Betriebsgröße kann
beispielsweise eine Ansteuergröße für den Injektor 14,
das Luftzufuhrventil 16 und/oder das Abgasventil 18 sein.
Beispielsweise ist die mindestens eine Betriebsgröße eine Öffnungs- und/oder
Schließzeit
mindestens einer der Komponenten 14, 16 und 18.
Ebenso kann die mindestens eine Betriebsgröße eine Mengenangabe sein,
mittels welcher der Verbrennungsvorgang im Verbrennungsmotor 12 durch
den Injektor 14, das Luftzufuhrventil 16 und/oder
das Abgasventil 18 gesteuert wird.
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Mittels
des Rechenmodells 22 ist die Rechnereinrichtung 20 dazu
in der Lage, eine wahrscheinliche Verbrennungslage zu berechnen,
welche beim Betreiben des Verbrennungsmotors 12 unter Einhaltung
der mindestens einen Betriebsgröße mit einer hohen
Wahrscheinlichkeit festgestellt wird. Die berechnete wahrscheinliche
Verbrennungslage wird anschließend
als Datensignal 26 bereitgestellt. Unter einer Verbrennungslage
ist beispielsweise der MFB50, der Zündungszeitpunkt, die Verbrennungsdauer,
das indizierte Verbrennungsmoment, der maximalen Zylinderdruckgradienten
oder ein anderes charakteristisches Merkmale zur zeitlichen Festlegung
der Verbrennung zu verstehen. Der der wahr scheinlichen Verbrennungslage
entsprechende Messwert kann z. B. über ein Zylinderdrucksignal
er mittelbar sein. Zylinderdrucksignale bieten eine verlässliche
Möglichkeit,
die Verbrennungslage, beispielsweise den MFB50, aber auch andere
charakteristische Merkmale der Verbrennung zu ermittein.
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Die
Rechnereinrichtung 20 umfasst auch eine Vergleichseinrichtung 24,
welche dazu ausgelegt ist, das Datensignal 26 mit der wahrscheinlichen Verbrennungslage
zu empfangen und die ermittelte wahrscheinliche Verbrennungslage
mit einer vorgegebenen Soll-Verbrennungslage zu vergleichen. Zusätzlich berechnet
die Vergleichseinrichtung 24 anhand einer Abweichung der
ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslage zur Soll-Verbrennungslage mindestens
einen neuen Wert für
die mindestens eine Betriebsgröße. Dieser
mindestens eine neu berechnete Wert für die mindestens eine Betriebsgröße wird
anschließend über ein
Datensignals 28 ausgegeben.
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Die
Steuervorrichtung 10 umfasst auch eine Ausgabeeinrichtung 30,
welche die Steuerung des Verbrennungsmotors 12 mit der
Ausgabe eines Startsignals 32 an die Rechnereinrichtung 20 startet.
Das Startsignal 32 enthält
die Soll-Verbrennungslage und mindestens einen Ausgangswert für die mindestens eine
Betriebsgröße. Vorzugsweise
kann die Vorgabeeinrichtung 30 dazu ausgelegt sein, die
Soll-Verbrennungslage und/oder den mindestens einen Ausgangswert
abhängig
von einer Drehzahl oder einer Last bereitzustellen.
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Nach
einem Empfang des Startsignals 32 durch die Rechnereinrichtung 20 wird
das Rechenmodell 22 mit dem mindestens einen bereitgestellten Ausgangswert
als ersten Wert für
die mindestens eine Betriebsgröße zum Ermitteln
einer ersten zugehörigen
wahrscheinlichen Verbrennungslage durchlaufen. Diese erste wahrscheinliche
Verbrennungslage wird als Datensignal 26 an die Vergieichseinrichtung 24 ausgegeben.
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Die
Vergleichseinrichtung 24 vergleicht die erste wahrscheinliche
Verbrennungslage mit der Soll-Verbrennungslage.
Abhängig
von der Abweichung der ersten wahrscheinlichen Verbrennungslage
zu der Soll-Verbrennungslage bestimmt die Vergleichseinrichtung 24 einen
zweiten Wert für
die mindestens eine Betriebsgröße. Der
von der Vergleichseinrichtung 24 bestimmte zweite Wert
für die
mindestens eine Betriebsgröße wird
anschließend über das Datensignal 28 ausgegeben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt ein weiteres Durchlaufen des Rechenmodells 22.
Dabei wird eine zweite Verbrennungslage ermittelt und über das
Datensignal 26 an die Vergleichseinrichtung 24 ausgegeben.
Die Vergleichseinrichturig 24 vergleicht nun die zweite
Verbrennungslage erneut mit der Soll-Verbrennungslage und ermittelt
wie oben schon beschrieben einen dritten Wert für die mindestens eine Betriebsgröße.
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Der
in dem oberen Absatz beschriebene Vorgang kann so oft wiederholt
werden, bis entweder eine wahrscheinliche Verbrennungslage gleich
der Soll-Verbrennungslage mindestens einmal ermittelt ist oder eine
vorgegebene Höchstzahl
von Durchläufen
des Rechenmodells 22 erreicht ist. Die Rechnerreinrichtung 20 gibt
dann die ermittelten wahrscheinlichen Verbrennungslagen und die
mit diesen zusammenhängenden
Werte für
die mindestens eine Betriebsgröße über ein
Ausgabesignal 34 an eine Auswerteeinrichtung 36 der
Steuervorrichtung 10 aus.
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Die
Auswerteeinrichtung 36 ermittelt daraufhin anhand der empfangenen
Verbrennungslagen und der zugehörigen
Werte für
die mindestens eine Betriebsgröße, ob sich
die wahrscheinlichen Verbrennungslagen an die Soll-Verbrennungslagen
annähern.
Beispielsweise untersucht die Auswerteeinrichtung 36 dabei,
ob die Beträge
der Abweichungen der wahrscheinlichen Verbrennungslagen zur Soll-Verbrennungslage
abnehmen und sich die wahrscheinlichen Verbrennungslagen somit um
die Soll-Verbrennungslage „einpendeln". Auf diese Weise
stellt die Auswerteeinrichtung 36 fest, ob die zugehörigen Werte
für die
mindestens eine Betriebsgröße zum Einstellen
und/oder Einhalten der Soll-Verbrennungslage
beim Betreiben des Verbrennungsmotors 12 geeignet sind.
Kann dabei die Eignung der Werte für die mindestens eine Betriebsgröße festgestellt werden,
so werden diese Werte über
ein Auswertesignal 38 an eine Ansteuereinrichtung 40 ausgegeben.
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Die
Ansteuereinrichtung 40 steuert den Injektor 14,
das Luftzufuhrventil 16 und das Abgasventil 18 während des
Betriebs des Verbrennungsmotors 12. Mittels der Steuersignale 42a, 42b und 42c gewährleistet
die Ansteuereinrichtung 40 dabei, dass die mittels des
Auswertesignals 38 bereitgestellten Werte für die mindestens
eine Betriebsgröße eingehalten
werden. Somit ist sichergestellt, dass beim Betreiben des Verbrennungsmotors 12 die
gewünschte Soll-Verbrennungslage
eingehalten wird.
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Zur
besseren Veranschaulichung der Funktionsweise der Rechnereinrichtung 20 ist
in 2 eine Ausführungsform
des Verfahrens zum Steuern eines selbstzündenden Verbrennungsmotors 12 dargestellt.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern
eines selbstzündenden
Verbrennungsmotors.
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In
einem ersten Schritt des Verfahrens werden ein Ausgangswert ASC0
für die
Luftansteuergröße (Air
System Control), ein Ausgangswert SOI0 für die Einspritzlage eines Zyklus
und ein Ausgangswert q0 für
einen Quotienten aus Voreinspritzmenge und Haupeinspritzmenge vorgegeben.
Ebenso wird eine Soll-Verbrennungslage T0 bereitgestellt. Die Bereitstellung
der Ausgangswerte ASC0, SOI0 und q0 und der Soll-Verbrennungslage
T0 erfolgt beispielsweise durch Untereinheiten 30a bis 30d einer
Vorgabeeinrichtung. Dabei können
die Untereinheiten 30a bis 30d auch voneinander
getrennt angeordnet sein. Vorzugsweise erfolgt die Bereitstellung
der Ausgangswerte ASC0, SOI0 und q0 und der Soll- Verbrennungslage T0 abhängig von
einer Drehzahl D und/oder Last L. Dies ist jedoch zur Durchführung des
Verfahrens nicht notwendig.
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Anschließend werden
die Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq gleich
Null gesetzt. Die Ausgabe der Konekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq erfolgt dabei beispielsweise
durch drei Regler 24a, 24b und 24c einer
sonst nicht skizzierten Auswerteeinrichtung. Auf die genaue Funktion
der Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq wird weiter
Unten noch genauer eingegangen.
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In
einem weiteren Schritt werden die Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq mit den
zugehörigen Ausgangswerten
ASC0, SOI0 und q0 addiert. Dies ergibt die Betriebsgrößen ASC,
SOI und q. Die Betriebsgrößen ASC,
SOI und q entsprechen einer Luftansteuergröße (Air System Control) zum
Ansteuern eines Luftzufuhrventils und/oder Abgasventils, einer Einspritzlage
eines Zyklus und einem Quotienten aus Voreinspritzmenge und Haupeinspritzmenge. Die
Betriebsgrößen ASC,
SOI und q sind somit dazu geeignet, einen Verbrennungsvorgang in
einem Verbrennungsmotor zu verzögern
oder zu beschleunigen. Das beschriebene Verfahren ist jedoch nicht
auf die genannten Betriebsgrößen ASC,
SOI und q beschränkt.
Als Alternative oder als Ergänzung
zu den Betriebsgrößen ASC,
SOI und q können
weitere Ansteuergrößen für das Luftzufuhrventil,
das Abgasventil und/oder einen Injektor (beispielsweise die gesamte
Einspritzmenge) mittels des Verfahrens auf ihre Eignung zum Betreiben
des Verbrennungsmotors bei bestimmten Umwelt- und Motorbedingungen überprüft werden.
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Anschließend wird
jede der Betriebsgrößen ASC,
SOI und q an einen von drei Multiplexer 52a, 52b und 52c bereitgestellt.
Zusätzlich
werden die der jeweiligen Betriebsgröße ASC, SOI oder q nicht zugehörigen Ausgangswerte
ASC0, SOI0 oder q0 ebenfalls an den drei Multiplexer 52a, 52b und 52c bereitgestellt.
Beispielsweise liegt am Multiplexer 52a die Betriebsgröße ASC zusammen
mit den Ausgangswerten SOI0 und q0 an.
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Jeder
der drei Multiplexer 52a, 52b und 52c ist
mit einem Multiport-Schalter 54 verbunden. Der Multiport-Schalter 54 ist
dazu ausgelegt, abwechselnd einen der drei Multiplexer 52a, 52b oder 52c mit
einem Demultiplexer 56 zu verbinden. Die auf diese Weise
am Demultiplexer 56 bereitgestellten Werte ASC0, SOI0,
q0, ASC, SOI oder q werden anschließend zum Durchlaufen eines
Rechenmodells 22 verwendet. Dabei ist das Rechenmodell 22 so
erstellt, dass sich das Verhalten des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit
von den jeweils bereitgestellten Werten ASC0, SOI0, q0, ASC, SOI
oder q ermitteln lässt.
Zusätzlich
lässt sich
anhand des Rechenmodells 22 eine wahrscheinliche Verbrennungslage
T beim Betreiben des Verbrennungsmotors mit den Größen ASC0,
SOI0, q0, ASC, SOI oder q berechnen. Die berechnete wahrscheinliche
Verbrennungslage T wird anschließend ausgegeben.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Abweichung ΔT der wahrscheinlichen
Verbrennungslage T zur Soll-Verbrennungslage T0 berechnet. Die Abweichung ΔT wird anschließend an
die Regler 24a, 24b und 24c ausgegeben.
Der Regler 24a ist dazu ausgelegt, den Korrekturwert ΔASC für die Luftsteuergröße zu ermitteln.
Der Korrekturwert ΔSOI
für die
Einspritzlage eines Zyklus wird von dem Regler 24b abhängig von
der Abweichung ΔT
ermittelt. Der Regler 24c gibt nach einem Einlesen der
Abweichung ΔT
den Korrekturwert Δq
für den
Quotienten aus Voreinspritzmenge und Haupteinspritzmenge aus.
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Die
Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq entsprechen
damit Korrekturen der Ansteuergrößen des Verbrennungsmotors
zum Einstellen und/oder Einhalten der gewünschten Soll-Verbrennungslage
T0. Da die Regler 24a, 24b und 24c beim
Berechnen neuer Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq jeweils nur
die aktuelle Abweichung ΔT
berücksichtigen,
erfolgt die Berechnung der Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq relativ schnell.
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Die
neu berechneten Korrekturwerte ΔASC, ΔSOI und Δq werden
anschließend
zu den jeweiligen Ausgangswerten ASC0, SOI0 und q0 addiert. Die
auf diese Weise neu bestimmten Betriebsgrößen ASC, SOI und q werden anschließend erneut,
wie schon beschrieben, an die Multiplexer 52a, 52b und 52c ausgegeben.
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Mittels
des in 2 dargestellten Verfahrens kann eine sich über mehrere
Zyklen erstreckende Reaktion des Rechenmodells 22 auf bereitgestellte Ausgangswerte
ASC0, SOI0 und q0 und den Korrekturwerten ΔASC, ΔSOI und Δq vorausgesagt werden. Diese
Reaktion des Rechenmodells 22 kann anschließend von
einer nicht skizzierten Auswerteeinrichtung ausgewertet werden.
Stellt die Auswerteeinrichtung dabei fest, dass die gewünschte Soll-Verbrennungslage
T0 schnell eingestellt und/oder verlässlich eingehalten wird, so
gibt die Auswerteeinrichtung die für die Reaktion verantwortlichen
Werte ASC0, SOI0, q0, ASC, SOI und q an ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors
aus. Das Verfahren der 2 ermöglicht damit ein Betreiben
des Verbrennungsmotors unter vorhergehender Überprüfung der Betriebsgrößen ASC,
SOI und q.
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Der
Multiport-Schalter 54 kann zusätzlich dazu ausgelegt sein,
eine Größe X einzulesen
und das Verbinden eines Multiplexers 52a, 52b oder 52c mit
dem Demultiplexer 56 abhängig von der eingelesenen Größe X durchzuführen. Die
Größe X kann beispielsweise
eine Außentemperatur,
ein Luftdruck, eine Luftfeuchtigkeit, eine Kraftstoffqualität, eine Motortemperatur
und/oder ein Alter des Motors sein. Geht aus der Größe X beispielsweise
hervor, dass die Außentemperatur
deutlich unter dem Gefrierpunkt liegt, so schaltet sich der Multiport-Schalter 54 so,
dass mit erhöhter
Häufigkeit
eine veränderte
Betriebsgröße ASC an
den Demultiplexer 56 bereitgestellt wird. Geht stattdessen
aus der Größe X hervor, dass
die Kraftstoffqualität
(z. B. Beimischungsgrad von Ethanol) extreme Eigenschaften aufweist,
so wird aufgrund eines Schaltens des Multiport-Schalters 54 mit
einer erhöhten
Häufigkeit,
die variierte Betriebsgröße q an
den Demultiplexer 56 bereitgestellt.
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Es
sei angemerkt, dass sich das Verfahren prinzipiell so parametrieren
lässt,
dass das Durchlaufen des Rechenmodells 22 nach einer vorgegebenen Höchstzahl
von Zyklen endet. Damit ist gewährleistet,
dass das entsprechende Verfahren in einer relativ kurzen Zeit durchgeführt werden
kann. In einer nichtskizzierten Weiterbildung kann das Rechenmodell 22 auch
zylinderindividuell ausgeführt
werden. Auf diese Weise lässt
sich beispielsweise auf unterschiedliche Alterungseinflüsse auf
die verschiedenen Zylinder des Verbrennungsmotors reagieren. Weiterhin
unterscheiden sich die Zylinder in der Regel bereits konstruktionsbedingt
durch unterschiedliche Wandwärmeverluste
zwischen inneren und äußeren Zylindern. Diese
Effekte sind ebenfalls durch eine zylinderindividuelle Auslegung
des Verfahrens kompensierbar.
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Die
prädikative
Regelung ist insbesondere im dynamischen (z. B. Lastsprünge) oder
mild instabilen stationären
CAI-Betrieb vorteilhaft und kann mit einer relativ langsamen, konventionellen
Regelung auf Basis des Zylinderdrucksignals für den stabilen stationären CAI-Betrieb
kombiniert werden.