-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
-
Es
sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei denen in einem oder mehreren Betriebszuständen ein
Messwert für
einen Abgasgegendruck ermittelt wird.
-
Die
Anforderungen an moderne Verbrennungsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen
sowohl im Hinblick auf gesetzliche Rahmenbedingungen bezüglich zulässiger Abgasemissionswerte
als auch auf gestiegene Erwartungen der Endverbraucher an Fahrkomfort,
Laufruhe und niedrigen Verbrauch, steigen kontinuierlich. Um diesen
Anforderungen gerecht zu werden, ist eine genaue Steuerung der Kraftstoffverbrennung
notwendig. Der Kraftstoff wird beispielsweise bei einem Common-Rail-System über eine
Hochdruckpumpe verdichtet und mittels geeigneter Injektoren in den
Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Auf der anderen Seite
muss die für
die Verbrennung notwendige Luftmenge genau ermittelt werden. Eine
Minimierung der Abgasemissionen beruht primär auf dem Zusammenspiel einer möglichst
genauen Kraftstoffzumessung, einer korrekten dem Brennraum zugeführten Luftmenge
und einem präzise
eingestellten Ladedruck im Falle der Verwendung eines Verdichters
in der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine.
-
Gelingt
eine Optimierung der Abgasemissionen im Neuzustand der Brennkraftmaschine,
so ist es dennoch nicht gewährleistet,
dass die Grenzwerte für die
Abgasemissionen bei Motoralterung eingehalten werden. Dies hängt einerseits
mit den Verschleißerscheinungen
an den Kraftstoffinjektoren zusammen, wodurch es zu einer nicht
korrekten Einspritzmenge kommt, und andererseits mit der Drift der
verwendeten Sensoren.
-
Ein
weiterer Aspekt ist der Motorverschleiß, wodurch sich die Kompression
in den Zylindern über deren
Lebensdauer verschlechtert. Der so genannte Blow-By-Effekt nimmt mit
der Zeit zu, was dazu führt, dass
selbst bei korrekt bemessener Luftmenge und korrekt eingestelltem
Ladedruck die Luftmenge, die zur Verbrennung im Brennraum zur Verfügung steht geringer
als beim Neuzustand der Brennkraftmaschine ist. Dies führt unmittelbar
zu einer Verschlechterung der Abgasemissionen.
-
Bei
bisher verwendeten Systemen wird an der Lambda-Sonde ein nicht korrektes
Verhältnis
der Kraftstoffeinspritzmenge zur Luftmenge detektiert. Die aufgrund
des Blow-By-Effektes fehlende Luftmenge wird dabei fälschlicher
Weise auf eine zu große
Einspritzmenge zurückgeführt. Infolge
dessen reduziert das Steuergerät
die Einspritzmenge und damit das Drehmoment der Brennkraftmaschine.
-
Vorteile der Erfindung
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber den
Vorteil, dass ein modellierter Wert für den Abgasgegendruck ermittelt
wird, dass der Messwert mit dem modellierten Wert verglichen wird
und das abhängig
vom Vergleichsergebnis die einem Brennraum der Brennkraftmaschine
zugeführte
Luftmenge im Sinne einer Angleichung des Messwertes an den modellierten
Wert beeinflusst wird. Auf diese Weise lässt sich das aufgrund des durch
die Alterung des Motors verursachten Blow-By-Effektes verursachte Maß der fehlenden
Luftmenge ermitteln und zur Berücksichtung
des Blow-By-Effektes kompensieren. Somit werden eine unerwünschte Reduzierung
der Kraftstoffeinspritzmenge ver hindert, die vorgegebenen Grenzwerte
für die
Abgasemissionen nach wie vor eingehalten und die gewünschte Motorleistung ebenfalls
erbracht und nicht in unerwünschter
Weise reduziert.
-
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die dem Brennraum zugeführte Luftmenge erhöht wird.
Auf diese Weise lässt
sich die aufgrund des Blow-By-Effektes fehlende Luftmenge am einfachsten
kompensieren.
-
Die
Beeinflussung der Luftmenge kann in einfacher Weise mittels einer Änderung
des Öffnungsgrades
einer Drosselklappe in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine erfolgen
und/oder mittels einer Änderung
eines durch einen Verdichter, insbesondere einen Abgasturbolader,
in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine bereitgestellten Ladedruckes.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der modellierte Wert für den Abgasgegendruck
abhängig von
mindestens einer der Größen Saugrohrdruck, Motortemperatur,
Ansauglufttemperatur und Motordrehzahl gebildet wird. Auf diese
Weise lässt
sich der Abgasgegendruck sehr präzise
modellieren, wobei die Präzision
der Modellierung des Abgasgegendruckes steigt, je mehr der genannten
Größen für die Modellierung
berücksichtigt
werden.
-
Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn als der mindestens eine Betriebszustand
ein Schubbetriebszustand gewählt
wird. Da im Schubbetriebszustand üblicher Weise keine Abgasrückführung aktiv
ist, wird somit der modellierte Wert für den Abgasgegendruck im Schubbetriebszustand
nicht noch durch eine Abgasrückführung beeinflusst.
Die erforderliche Änderung
der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luftmenge zur Angleichung
des Messwertes für
den Abgasgegendruck an den modellierten Wert für den Abgasgegendruck lässt sich somit
einfacher und weniger fehleranfällig
ermitteln.
-
Von
Vorteil ist weiterhin, wenn der mindestens eine Betriebszustand
zum Angleichen des Messwertes an den modellierten Wert nur dann
aktiviert wird, wenn erkannt wird, dass sich eine Abgasnachbehandlung
in einem regenerierten Zustand befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass der Messwert für
den Abgasgegendruck nicht durch Komponenten der Abgasnachbehandlung
im Vergleich zum modellierten Wert für den Abgasgegendruck verfälscht wird.
-
Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Angleichung des Messwertes
an den modellierten Wert mittels einer Regelschleife erfolgt. Dies
stellt eine besonders stabile und zuverlässige Methode zur Ermittlung
des für
die Überwindung
des Blow-By-Effektes erforderlichen Änderungswertes für die Luftmenge dar.
-
Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn die erforderliche Änderung der dem Brennraum der
Brennkraftmaschine zugeführten
Luftmenge zur Angleichung des Messwertes an den modellierten Wert
auch außerhalb
des mindestens einen Betriebszustandes angewandt wird. Auf diese
Weise kann das in dem mindestens einen Betriebszustand, vorzugsweise dem
Schubbetriebszustand, zuverlässig
ermittelte Maß für die erforderliche Änderung
der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge auch in den übrigen Betriebszuständen zur
Kompensation des Blow-By-Effektes verwendet werden, der sich ja
außerhalb
des mindestens einen Betriebszustandes in gleicher Weise auswirkt.
Nur ist die Ermittlung der erforderlichen Änderung der dem Brennraum der
Brennkraftmaschine zugeführten
Luftmenge im mindestens einen Betriebszustand, vorzugsweise dem
Schubbetriebszustand, eben vergleichsweise einfacher als außerhalb
des mindestens einen Betriebzustandes.
-
Zeichnung
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine und
-
2 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine 1 treibt dabei
beispielsweise ein Fahrzeug an. Über eine
Luftzufuhr 15 wird dabei einem Brennraum 5, der
durch einen oder mehrere Zylinder gebildet sein kann, Frischluft
zugeführt.
Die Strömungsrichtung der
Frischluft in der Luftzufuhr 15 ist in 1 durch Pfeile
gekennzeichnet. In der Luftzufuhr 15 ist optional ein Verdichter 25 angeordnet,
der die dem Brennraum 5 zugeführte Luft verdichtet. Der Verdichter 25 kann
beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet sein und wie in 1 dargestellt, über eine
Welle 90 von einer Turbine 85 in einem Abgasstrang 80 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben
werden. Der Verdichter 25 kann alternativ aber auch als
Kompressor durch eine in 1 nicht dargestellte Kurbelwelle des
Motors oder durch einen Elektromotor angetrieben werden. Stromab
des Verdichters 25 ist in der Luftzufuhr 15 gemäß dem Beispiel
nach 1 eine Drosselklappe 10 in der Luftzufuhr 15 angeordnet, die
von einer Motorsteuerung 30 auf einen Sollöffnungsgrad αsoll beispielsweise
gemäß einem
Fahrerwunsch eingestellt wird. Der Bereich der Luftzufuhr 15 stromab
der Drosselklappe 10 wird auch als Saugrohr bezeichnet
und ist in 1 mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet.
Im Saugrohr 20 ist ein erster Temperatursensor 50 und
ein erster Drucksensor 55 angeordnet. Der erste Temperatursensor 50 misst
somit die Ansauglufttemperatur T2 und leitet sie an die Motorsteuerung 30 weiter.
Der erste Drucksensor 55 misst den Saugrohr- bzw. Ladedruck
p2 und leitet ihn ebenfalls an die Motorsteuerung 30 weiter.
Stromauf des Verdichters 25 ist in der Luftzufuhr 15 ein
Luftmassenmesser 12, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser,
angeordnet, der den Luftmassenstrom mL an dieser Stelle misst und
die Messwerte für
den Luftmassenstrom mL an die Motorsteuerung 30 weiterleitet. Über ein
oder mehrere in 1 nicht dargestellte Einlassventile
wird die Frischluft von dem Saugrohr 20 in den Brennraum 5 geführt. Dem
Brennraum 5 wird über
ein oder mehrere Einspritzventile 65 gemäß 1 direkt
Kraftstoff zugeführt.
Alternativ kann der Kraftstoff auch in das Saugrohr 20 oder
die Luftzufuhr 15 eingespritzt werden. Die Einspritzmenge
wird dabei ebenfalls von der Motorsteuerung 30 vorgegeben.
Im Falle eines Dieselmotors ist die Drosselklappe 10 üblicher
Weise nicht vorgesehen und die Einspritzmenge wird beispielsweise abhängig vom
Fahrerwunsch eingestellt. Die zur Erzielung eines gewünschtes
Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses
erforderliche Luftmenge kann dann mit Hilfe eines entsprechend eingestellten
Ladedrucks seitens des Verdichters 25 zur Verfügung gestellt
werden. Ist zusätzlich
oder alternativ zum Verdichter 25 die Drosselklappe 10 vorgesehen,
so kann die zur Erzielung des gewünschten Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses
erforderliche Luftmenge auch mit Hilfe eines entsprechend geeigneten Öffnungsgrades
der Drosselklappe 10 eingestellt werden. Im Falle des Ottomotors
ist die Drosselklappe 10 vorgesehen und die Leistungssteuerung
der Brennkraftmaschine 1 erfolgt über die Drosselklappe 10 ggf.
zusammen mit dem Verdichter 25. In diesem Fall wird die
Einspritzmenge zur Erzielung des gewünschten, Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses
von der Motorsteuerung 30 eingestellt. Im Falle des Ottomotors
wird das Luft-/Kraftstoffgemisch
im Brennraum 5 mit Hilfe einer in 1 nicht
dargestellten Zündkerze
gezündet.
Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Brennraum 5 entstehende
Abgas wird über
ein oder mehrere Auslassventile in den Abgasstrang 80 ausgestoßen. Die
Strömungsrichtung
des Abgases im Abgasstrang 80 ist in 1 ebenfalls
durch Pfeile dargestellt. Stromauf der ggf. vorhandenen Turbine 85 ist
im Abgasstrang 80 ein zweiter Drucksensor 60 angeordnet,
der den Abgasgegendruck p3 misst und an die Motorsteuerung 30 weiterleitet.
Der gewünschte
Ladedruck oder das gewünschte
Verdichterdruckverhältnis über dem
Verdichter 25 wird über
ein Steuersignal S eingestellt, das der Turbine 85 von
der Motorsteuerung 30 zugeführt wird und beispielsweise
die Geometrie der Turbine 85 zur Erzielung des gewünschten
Ladedrucks des Verdichters 25 verändert und/oder ein Wastegate 135 in
einem die Turbine 85 umgehenden Bypasskanal 130 entsprechend
einstellt. Zusätzlich
oder alternativ kann die gewünschte
Verdichterleistung bzw. der gewünschte
Ladedruck auch über
ein in 1 nicht dargestelltes Bypassventil eines den Verdichter 25 umgehenden
und in 1 ebenfalls nicht dargestellten Bypasskanals erfolgen
und/oder durch die Verstellung der Geometrie des Verdichters 25. Stromab
der Turbine 85 sind eine oder mehrere Komponenten einer
Abgasnachbehandlung 95 im Abgasstrang 80 angeordnet,
beispielsweise ein oder mehrere Katalysatoren und im Falle eines
Dieselmotors beispielsweise ein Partikelfilter. Eine Ermittlungseinheit 100 prüft den Regenerationszustand
der Komponenten der Abgasnachbehandlung und gibt ein entsprechendes
Regenerationszustandssignal R an die Motorsteuerung 30 ab.
Die Ermittlung des Regenerationszustandes erfolgt dabei in dem Fachmann
bekannter Weise, beispielsweise durch Auswertung eines Druckgefälles über der
oder den entsprechenden Komponenten der Abgasnachbehandlung. Ferner
ist ein zweiter Temperatursensor 75 vorgesehen, der die Motortemperatur
TM misst und an die Motorsteuerung 30 weiterleitet. Dabei
kann der zweite Temperatursensor 75 beispielsweise die
Temperatur des Kühlwassers
messen, die für
die Motortemperatur TM repräsentativ
ist. Ferner ist im Bereich des oder der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ein
Drehzahlsensor 70 angeordnet, der die Motordrehzahl n der
Brennkraftmaschine misst und an die Motorsteuerung 30 weiterleitet.
-
In 2 ist
ein Funktionsdiagramm dargestellt, wie es beispielsweise software- und/oder hardwaremäßig in der
Motorsteuerung 30 implementiert ist. Einer Ermittlungseinheit 40 ist
dabei die gemessene Ansauglufttemperatur T2 vom ersten Temperatursensor 50 zugeführt. Der
Ermittlungseinheit 40 ist weiterhin vom ersten Drucksensor 55 der
gemessene Saugrohr- bzw. Ladedruck p2 zugeführt. Der Ermittlungseinheit 40 ist
weiterhin vom Drehzahlsensor 70 die gemessene Motordrehzahl
n zugeführt.
Der Ermittlungseinheit 40 ist weiterhin vom zweiten Temperatursensor 75 die
gemessene Motortemperatur TM zugeführt. Der Ermittlungseinheit 40 ist
weiterhin vom Luftmassenmesser 12 der gemessene Luftmassenstrom
mL zugeführt.
Die Ermittlungseinheit 40 ermittelt aus den genannten Eingangsgrößen einen modellierten
Wert für
den aktuellen Abgasgegendruck p3mod und leitet ihn an eine erste
Vergleichseinheit 35 weiter. Der ersten Vergleichseinheit 35 wird
außerdem
der Messwert p3 des Abgasgegendrucks vom zweiten Drucksensor 60 zugeführt. Die erste
Vergleichseinheit 35 bildet die Differenz Δ = p3mod – p3 und
führt sie
einer Regeleinheit 105 zu. Die Regeleinheit 105 bildet
in Abhängigkeit
der zugeführten
Differenz Δ ein
Luftmengendifferenzsignal Δrl für die Luftfüllung des
Brennraums 5, die erforderlich ist, um die Differenz Δ dem Wert
Null anzunähern
und damit den Messwert p3 für
den Abgasgegendruck dem modellierten Wert p3mod für den Abgasgegendruck
anzunähern.
Der Differenzwert Δrl
für die
Luftmenge im Brennraum 5 bzw. die Füllung des Brennraums 5 wird
einer Beeinflussungseinheit 45 zugeführt, die abhängig vom
Differenzwert Δrl
für die
Füllung
einen Differenzwert Δα für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 10 und/oder einen Differenzwert Δp2 für den Ladedruck
ermittelt, mit denen die gewünschte
Differenz Δrl
für die
Füllung
eingestellt werden kann. Alternativ kann auch die Differenz Δ direkt von der
Regeleinheit 105 in den Diffe renzwert Δα und/oder den Differenzwert Δpl umgewandelt
werden, um die Differenz Δ dem
Wert Null anzunähern. Der
Differenzwert Δα für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 10 wird dabei dem Sollwert αsoll für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 10 überlagert
und der Differenzwert Δp2
für den
Ladedruck wird in ein entsprechendes Differenzsignal ΔS für das Steuersignal
S umgewandelt, das dem Steuersignal S zur Realisierung der Differenz Δp2 überlagert
wird. Die Differenz Δα für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 10 wird in einem ersten Adaptionswertspeicher 110 abgespeichert
und die Differenz Δp2
bzw. die daraus ermittelte Differenz ΔS für das Steuersignal S wird in einem
zweiten Adaptionswertspeicher 115 abgelegt.
-
Für die beschriebene
Adaption des Drosselklappenöffnungswinkels α und/oder
des Ladedrucks pl bzw. des Steuersignals S eignet sich beispielsweise
der Schubbetriebszustand, in dem kein Kraftstoff eingespritzt wird
und bei dem eine eventuell vorhandene Abgasrückführung zwischen dem Abgasstrang 80 und
der Luftzufuhr 15 bzw. dem Saugrohr 20 gesperrt
ist. Im Schubbetriebszustand lassen sich somit die genannten Adaptionswerte
besonders einfach und dennoch präzise
und zuverlässig
ermitteln. So kann die beschrieben Adaption beispielsweise dann durchgeführt werden,
wenn der Schubbetriebszustand erkannt wurde. Der Schubbetriebszustand kann
aber auch speziell zur Durchführung
der Adaption aktiviert werden. Für
die Durchführung
der beschriebenen Adaption ist es jedoch vorteilhaft, wenn sich
die Komponenten der Abgasnachbehandlung 95 in einem regenerierten
Zustand befinden, deren Regenerierung also möglichst kurze Zeit zurückliegt. Dies
deshalb, weil dann der Messwert p3 für den Abgasgegendruck im wesentlichen
nicht gegenüber dem
modellierten Wert p3mod für
den Abgasgegendruck durch die Komponenten der Abgasnachbehandlung 95 verfälscht, d.
h. in unerwünschter
Weise erhöht
ist. Eine solch unerwünschte
Erhöhung
des Messwertes p3 für
den Abgasgegendruck durch nicht regenerierte Komponenten der Abgasnachbehandlung 95 würde dazu
führen,
dass die beschriebenen Adaptionswerte Δα und Δp2 bzw. ΔS fälschlicher Weise auch den Einfluss
der nicht regenerierten Komponenten der Abgasnachbehandlung 95 kompensieren
würden.
Deshalb sollte die beschriebene Diagnose nach Möglichkeit nur dann freigegeben bzw.
aktiviert werden, wenn die Komponenten der Abgasnachbehandlung 95 genügend regeneriert sind.
Zu diesem Zweck wird in einer zweiten Vergleichseinheit 125 das
Regenerationszustandssignal R mit einem vorgegebenen Schwellwert
SW eines Schwellwertspeichers 125 verglichen. Der vorgegebene
Schwellwert SW ist dabei so gewählt,
dass er im Falle einer für
die Adaption nicht ausreichenden Regeneration vom Regenerationszustandsignal
R überschritten
und andernfalls unterschritten wird. Wird also der vorgegebene Schwellwert
SW vom Regenerationszustandssignal R überschritten, so gibt die zweite
Vergleichseinheit 125 ein Rücksetzsignal ab, mit dem die
Ermittlungseinheit 40, die erste Vergleichseinheit 35,
die Regeleinheit 105 und die Beeinflussungseinheit 45 deaktiviert
werden bzw. bleiben. Andernfalls gibt die zweite Vergleichseinheit 125 ein
Setzsignal ab, mit dem die Ermittlungseinheit 40, die erste
Vergleichseinheit 35, die Regeleinheit 105 und
die Beeinflussungseineinheit 45 aktiviert werden, sofern
zusätzlich
der Schubbetriebszustand vorliegt, was in 2 der Übersichtlichkeit
halber jedoch nicht dargestellt ist.
-
Die
ermittelten Adaptionswerte Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS werden
dann sowohl im Schubbetriebszustand als auch außerhalb des Schubbetriebszustandes
auf den Sollwert α soll
bzw. das Steuersignal S angewandt.
-
Bei
der Ermittlung des modellierten Wertes p3mod für den Abgasgegendruck werden
von der Ermittlungseinheit 40 die folgenden Zusammenhänge berücksichtigt:
mit steigender Ansauglufttemperatur T2 steigt der modellierte Wert
p3mod für
den Abgasgegendruck. Weiterhin steigt der modellierte Wert p3mod
für den
Abgasgegendruck auch mit steigendem Saugrohr- bzw. Ladedruck p2.
Mit abnehmender Motordrehzahl n fällt der modellierte Wert p3mod
für den
Abgasgegendruck ebenfalls. Mit sinkender Motortemperatur TM kommt
es zu einem sinkenden Abgasgegendruck und damit zu einem sinkenden modellierten
Wert p3mod für
den Abgasgegendruck. Mit steigendem Luftmassenstrom mL steigt der
modellierte Wert p3mod für
den Abgasgegendruck. Zur Bildung des modellierten Wertes p3mod für den Abgasgegendruck
in Abhängigkeit
der Größen mL,
T2, p2, n und TM kann beispielsweise ein entsprechend mehrdimensionales
Kennfeld auf einem Prüfstand und/oder
in Fahrversuchen ermittelt werden. Bei der Modellierung des Abgasgegendruckes
durch die Ermittlungseinheit 40 wird dabei die Alterung
bzw. der Verschleiß der
Brennkraftmaschine 1, insbesondere durch Leckagen im Brennraum,
z. B. durch den Blow-By-Effekt und in der Luftzufuhr 15 bzw.
im Saugrohr 20, nicht berücksichtigt, so dass der modellierte
Wert p3mod für
den Abgasgegendruck für
einen neuen Motor bzw. eine neue Brenn kraftmaschine 1 repräsentativ
ist. Dies ist auch die Voraussetzung dafür, dass durch den Vergleich
des modellierten Wertes p3mod für
den Abgasgegendruck mit dem Messwert p3 für den Abgasgegendruck in der
ersten Vergleichseinheit 35 mit der Differenz Δ ein Maß für die Alterung
des Motors und mit den Adaptionswerten Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS eine Kompensation dieses Alterungseffektes
realisiert werden kann. Die Werte Δ und Δrl können daher auch zur Ermittlung der
Alterung der Brennkraftmaschine 1 ausgewertet werden. Zu
diesem Zweck kann beispielsweise die Differenz Δrl am Ausgang der Regeleinheit 105 einer Kennlinie
zugeführt
werden, an deren Ausgang das Alter der Brennkraftmaschine 1 ausgelesen
wird. Die entsprechende Kennlinie kann beispielsweise ebenfalls
auf einem Prüfstand
und/oder in Fahrversuchen ermittelt werden.
-
Für den Fall,
dass nur der Verdichter 25, jedoch nicht die Drosselklappe 10 vorgesehen
ist, z. B. bei einem Dieselmotor, wird von der Beeinflussungseinheit 45 die
Differenz Δrl
lediglich in die Differenz Δp2
bzw. ΔS
umgewandelt bzw. die Differenz Δp2 oder ΔS direkt
aus der Differenz Δ abgeleitet.
Für den Fall,
dass lediglich die Drosselklappe 10 und nicht der Verdichter 25 vorgesehen
ist, wird von der Beeinflussungseinheit 45 die Differenz Δrl bzw. die
Differenz Δ direkt
für die
Füllung
bzw. die Differenz Δ direkt
lediglich in den Adaptionswert Δα für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 10 umgewandelt. Ist sowohl die Drosselklappe 10 als
auch der Verdichter 25 vorgesehen, so umfasst die Beeinflussungseinheit 45 beispielsweise
zwei Kennlinien, wobei eine erste Kennlinie die Differenz Δrl bzw. die
Differenz Δ direkt
in den Adaptionswert Δα und die
zweite Kennlinie den Differenzwert Δrl bzw. die Differenz Δ direkt in
den Adaptionswert Δp2
bzw. in den Adaptionswert ΔS
umwandelt. Die beiden Kennlinien der Beeinflussungseinheit 45 können dabei
beispielsweise auf einem Prüfstand
und/oder in Fahrversuchen derart appliziert werden, dass die aus
einer Differenz Δrl
bzw. der Differenz Δ direkt
resultierenden Adaptionswerte Δα und Δp2 bzw. ΔS genau zur
Kompensation der Differenz Δrl
bzw. der Differenz Δ führen. Da
abhängig
vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 nicht immer
eine Erhöhung
des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 10 bzw. nicht immer eine Erhöhung des
Ladedruckes p2 durch den Verdichter 25 möglich ist,
kann statt den beiden Kennlinien in der Beeinflussungseinheit 45 auch
jeweils ein Kennfeld ggf. auch ein mehr als zweidimensionales Kennfeld
vorgesehen sein, bei dem die Umwandlung der Differenz Δrl bzw. der
Differenz Δ in
den Adaptionswert Δα bzw. den
Adaptionswert Δp2
bzw. ΔS betriebspunktabhängig erfolgt,
wobei der Betriebspunkt beispielsweise abhängig von der Motordrehzahl
n und der Motorlast, beispielsweise repräsentiert durch die Einspritzmenge,
den genannten Kennfeldern zugeführt
werden. In einem Betriebspunkt, in dem sich beispielsweise der Ladedruck
p2 nicht weiter erhöhen
lässt, wird
dann die Differenz Δrl
bzw. die Differenz Δ direkt allein
durch den Adaptionswert Δα kompensiert.
In einem Betriebspunkt, in dem der Öffnungsgrad α der Drosselklappe 10 nicht
weiter erhöht
werden kann, wird dann die Differenz Δrl für die Füllung bzw. die Differenz Δ direkt allein
durch den Adaptionswert Δp2 bzw. ΔS kompensiert.
Entsprechend erfolgt in den Adaptionswertspeichern 110, 115 ebenfalls
eine betriebspunktabhängige
Speicherung der Adaptionswerte Δα und Δp2 bzw. ΔS.
-
Bei
der Modellierung des Abgasgegendruckes mittels des modellierten
Wertes p3mod durch die Ermittlungseinheit 40 kann es auch
vorgesehen sein, dass nicht alle der genannten Eingangsgrößen mL,
T2, p2, n, TM für
die Bildung des modellierten Wertes p3mod berücksichtigt werden. Je weniger
der genannten Eingangsgrößen berücksichtigt
werden, desto einfacher, jedoch weniger präzise ist der modellierte Wert
p3mod für
den Abgasgegendruck und desto weniger gut lässt sich der durch die Alterung der
Brennkraftmaschine 1 bedingte Blow-By-Effekt bei der Kompression in den Zylindern 5 kompensieren.
Da durch den Blow-By-Effekt der Abgasgegendruck abgesenkt wird,
führt die
beschriebene Adaption zu einer Erhöhung der dem Brennraum 5 zugeführten Luftmenge
und damit zu einer Erhöhung
der Füllung
des Brennraums 5. Durch das Funktionsdiagramm nach 2 wird
eine Regelschleife realisiert, wobei die Differenz Δ am Ausgang
der ersten Vergleichseinheit 35 die Regeldifferenz darstellt
und mit Hilfe der Adaptionswerte Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS, die dem
Sollwert αsoll
bzw. dem Steuersignal S überlagert
werden, wird der Messwert p3 für
den Abgasgegendruck dem modellierten Wert p3mod für den Abgasgegendruck
derart nachgeführt,
dass die Regeldifferenz Δ im
ausgeregelten Zustand verschwindet.
-
Bei
der Modellierung des Abgasgegendrucks durch die Ermittlungseinheit 40 wird
auch nicht berücksichtigt,
dass der Abgasgegendruck durch die ggf. vorhandene Turbine 85 ebenfalls
angehoben wird. Um diese Anhebung bei der beschriebenen Adaption
so gering wie möglich
zu machen, kann es vorgesehen sein, dass im Falle der Verwendung
eines Wastegates dieses während
des beschriebenen Adaptionsvorgangs vollständig geöffnet wird. Auf diese Weise
kann die Anhebung des Abgasgegendrucks minimiert werden. Sie ist
dann rein von der Geometrie der Turbine 85 abhängig und
somit auch im Wesentlichen unveränderlich über die
Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1. Diese Anhebung des
Abgasgegendrucks kann beispielsweise auf einem Prüfstand erfasst
werden, in dem der Abgasgegendruck einmal mit verbauter Turbine 85 und
zum anderen ohne verbaute Turbine 85 gemessen und die Differenz
aus den beiden Messwerten gebildet wird. Wird diese über die
Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1 im wesentlichen unveränderliche
Anhebung des Abgasgegendrucks in der Ermittlungseinheit 40 berücksichtigt,
so ist der modellierte Wert p3mod um diese Anhebung korrigiert,
d. h. erhöht.
Bei der Adaption im Schubbetrieb sollte dann ebenfalls das Wastegate
um die Turbine 85 vollständig geöffnet sein, damit der Messwert
p3 ebenfalls nur diese minimale Anhebung des Abgasgegendrucks allein
aufgrund der Geometrie der Turbine 85 umfasst.
-
Anstelle
der beschriebenen Kennlinien oder Kennfelder der Beeinflussungseinheit 45 kann
die Ermittlung der Adaptionswerte Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS auch wie folgt erfolgen: im
Schubbetriebsmodus werden der Adaptionswert Δα und/oder der Adaptionswert Δp2 bzw. ΔS so lange
jeweils um ein vorgegebenes Inkrement erhöht bzw. um eine vorgegebene
Schrittweite in die erforderliche Richtung verändert, bis die Regeldifferenz Δ verschwunden
ist. Das vorgegebene Inkrement für
den Adaptionswert Δα und das
vorgegebene Inkrement für
den Adaptionswert Δp2
bzw. die vorgegebene Schrittweite für den Adaptionswert ΔS kann dabei
beispielsweise auf einem Prüfstand
derart appliziert werden, dass zum einen eine möglichst schnelle Einregelung
des Messwertes p3 auf den modellierten Wert p3mod erfolgt, das jeweils
vorgegebene Inkrement also möglichst groß gewählt werden
sollte, zum anderen jedoch eine möglichst genaue Nachführung des
Messwertes p3 an den modellierten Wert p3mod realisiert wird, wozu der
jeweilige Inkrementwert möglichst
klein gewählt werden
sollte. Es muss also ein Kompromiss zwischen möglichst schneller Einregelung
einerseits und möglichst
genauer Einregelung andererseits durch die Wahl des jeweils vorgegebenen
Inkrementwertes gefunden werden.
-
Nach
Abschluss des Adaptionsvorgangs durch Minimierung der Regeldifferenz Δ werden der dann
erreichte Adaptionswert Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS im zugehöri gen Adaptionswertspeicher 110, 115 zur
Anwendung sowohl im Schubbetrieb als auch außerhalb des Schubbetriebs abgelegt.
-
Das
Kennfeld der Ermittlungseinheit 40 ist dabei ein mehr als
zweidimensionales Kennfeld, wenn mehr als zwei Eingangsgrößen der
Ermittlungseinheit 40 zugeführt werden. Bei zwei Eingangsgrößen handelt
es sich bei der Ermittlungseinheit 40 um ein zweidimensionales
Kennfeld und bei nur einer einzigen Eingangsgröße um eine Kennlinie. Es kann
alternativ auch vorgesehen sein, dass die Adaptionswerte Δα und/oder Δp2 bzw. ΔS bei einem einzigen
definierten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 im Hinblick
auf die Eingangsgrößen der
Ermittlungseinheit 40 in der beschriebenen Weise ermittelt
werden. Dazu wird dann auch der Messwert p3 für den Abgasgegendruck bei diesem
definierten Betriebspunkt ermittelt. Dies vereinfacht die Adaption und
erfordert in der Ermittlungseinheit 40 kein Kennfeld bzw.
keine Kennlinie.
-
Im
vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass die Steuerung des Ladedrucks
bzw. des Verdichterdruckverhältnisses über dem
Verdichter 25 durch Ansteuerung eines Wastegates 135 in
einem Bypasskanal 130 um die Turbine 85 im Abgasstrang 80 erfolgt,
wobei das Steuersignal S den Öffnungsgrad
des Wastegates 135 einstellt. Die Strömungsrichtung der Luft im Bypasskanal 130 ist
in 1 ebenfalls durch Pfeile dargestellt.
-
Für die Modellierung
des Abgasgegendrucks kann es alternativ auch vorgesehen sein, dass
statt der Ansauglufttemperatur T2 und des Saugrohr- bzw. Ladedruck
p2 die Umgebungslufttemperatur und der Umgebungsdruck, gemessen
beispielsweise im Bereich eines die Motorsteuerung 30 umfassenden Steuergeräts, sowie
die Lufttemperatur im Bereich des Luftmassenmessers 12,
gemessen durch einen Temperatursensor in der Luftzufuhr im Bereich
des Luftmassenmessers 12, verwendet werden können. Generell
eignen sich alle Luftmassen-, Druck- und Temperaturgrößen im Bereich
des Ansaugtraktes, d. h. der Luftzufuhr 15 und dem Saugrohr 20,
zur Modellierung des Abgasgegendrucks.