DE102008000552A1 - Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors und entsprechende Steuervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors (112) mit den Schritten: Vorgeben einer Soll-Verbrennungslage und eines Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmals; Betreiben mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors (112) für mindestens einen Zyklus unter Einhaltung einer vorgegebenen ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße und einer vorgegebenen zweiten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße; Ermitteln einer IST-Verbrennungslage und eines IST-Verbrennungsgeräuschmerkmals des mindestens einen Zylinders; Vergleichen der IST-Verbrennungslage mit der Soll-Verbrennungslage und, falls die IST-Verbrennungslage von der Soll-Verbrennungslage abweicht, Neubestimmen der ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße; und Vergleichen des IST-Verbrennungsgeräuschmerkmals mit dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal und, falls das IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal von dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal abweicht, Neubestimmen der zweiten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Steuervorrichtung (110) zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors (112).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors.
  • Die DE 10 2004 046 086 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Dabei wird ausgehend von einem Vergleich einer Größe, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem vorgegebenen Sollwert mindestes eine Stellgröße zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs bestimmt. Beispielsweise kann die Stellgröße eine Ansteuerzeit oder eine Luftmasse sein.
  • Neue Ottomotorische Brennverfahren, welche häufig auch als gasoline HCCI-Verfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition) oder CAI-Verfahren (Controlled Auto Ignition) bezeichnet werden, unterscheiden sich von den herkömmlichen Fremdzündungsverfahren dadurch, dass die Zündung des Kraftstoffs nicht mittels eine Fremdzündung, beispielsweise durch eine Zündkerze, sondern aufgrund einer Mischung eines Kraftstoffs und eines eingeleiteten Abgas mit einer erhöhten Temperatur ausgelöst wird. Vor der Zündung kommt es zu einer homogenen Gemischbildung. Dies führt zu einer Vielzahl an exothermen Zentren im Brennraum. Die Verbrennung des Kraftstoffs erfolgt damit relativ gleichmäßig und schnell. Zusätzlich liegt die Verbrennungstemperatur bei dem HCCI-Verfahren unter den Verbrennungstemperaturen der herkömmlichen Fremdzündungsverfahren. Die neuen Ottomotorischen Brennverfahren zeichnen sich deshalb gegenüber den herkömmlichen Fremdzündungsverfahren durch einen verringerten Kraftstoffverbrauch und eine reduzierte Schadstoff-Rohemission aus. Letzteres ist mit dem Vorteil verbunden, dass auf ein relativ teures Abgasnachbehandlungssystem, wie beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator, bei dem HCCI-Verfahren verzichtet werden kann.
  • Selbstzündende Verbrennungsmotoren, welche häufig auch als CAI-Motoren bezeichnet werden, sind in der Regel mit einem variablen Ventilbetrieb und mit einer Benzin-Direkteinspritzung ausgestattet. Insbesondere bezüglich des Ventilbetriebs unterscheidet man zwischen vollvariablen und teilvariablen Ventilbetrieben. Ein vollvariabler Ventilbetrieb ist beispielsweise durch eine EHVS (Elektro-Hydraulische Ventil-Steuerung) gewährleistet. Eine kostengünstige Alternative stellt ein teilvariabler Ventilbetrieb, wie beispielsweise ein nockenwellengesteuerter Ventilbetrieb mit 2-Punkt-Hub und einem Phasensteller, dar.
  • Beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors wird eine relativ große Restgasmenge im Zylinder zurückbehalten, welche für die Einleitung der Verbrennung während der Kompressionsphase sorgt. Beispielsweise mittels negativer Ventilüberschneidung kann eine bestimmte Restgasmenge nach Anlauf eines Verbrennungszyklus für den folgenden Zyklus im Zylinder gehalten werden. Man spricht dabei auch von einer rückgehaltenen oder einer internen Abgasmenge für die folgende Zwischenverdichtung. Alternativ dazu kann das Restgas auch extern zurückgeführt oder durch kurzfristiges Öffnen des Anlassventils während der Ansaugphase zurückgesaugt werden. In beiden Fällen spricht man von einer rückgeführten oder externen Abgasmenge.
  • Die Verbrennungslage einer selbstausgelösten Kraftstoffverbrennung wird häufig mittels eines Kurbelwinkels angegeben. Vorzugsweise bezeichnet man dabei einen spezifischen Energieumsatz der Verbrennung. Beispielsweise wird die Verbrennungslage als Verbrennungsschwerpunkt MFB50 (Mass Fraction Burnt 50%) angegeben.
  • Bei einem selbstzündenden Verbrennungsmotor fehlt jedoch der direkte Trigger zum Einleiten der Verbrennung, wie beispielsweise ein Zündfunke einer Zündkerze. Aus diesem Grund können relativ große, zylinderindividuelle Unterschiede bezüglich des Ablaufs der Verbrennung auftreten.
  • Allerdings dürfen bei einer Verbrennung in einem selbstzündenden Verbrennungsmotor nur geringe Abweichungen bezüglich der Verbrennungslage auftreten. Erfolgt die Verbrennung beispielsweise zu spät, so wird sie instabil und kann ein dauerhaftes Aussetzen der Verbrennung bewirken. Erfolgt die Verbrennung hingegen zu früh, so kühlt das Abgas zum Zünden des Kraftstoffs in dem folgenden Verbrennungszyklus zu schnell ab. Zusätzlich addieren sich diese Probleme signifikant, wenn beispielsweise bei einem Zylinder eines Verbrennungsmotors die Verbrennung zu früh und bei einem anderen Zylinder des Verbrennungsmotors die Verbrennung zu spät einsetzt. Zusätzlich zeigen auch die Rohemission und der spezifische Kraftstoffverbrauch eine starke, nicht lineare Abhängigkeit von der Verbren nungslage eines Zylinders. Dies führt dazu, dass beispielsweise der früheste Zylinder mehr Stickoxide zusätzlich ausstößt als aufgrund einer späteren Zündung des spätesten Zylinders eingespart werden.
  • Es ist deshalb wünschenswert, beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors über eine Möglichkeit zu verfügen, um Abweichungen (zwischen den Zylindern bzw. zu einem vorgegebenen Sollwert) hinsichtlich des Verbrennungsverlaufs zu reduzieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Relation zwischen der Verbrennungslage einer selbstzündenden Verbrennung und dem dabei auftretenden Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal besteht. Ein inakzeptables Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal deutet darauf hin, dass die Verbrennung zu früh erfolgt ist. Um eine gewünschte Soll-Verbrennungslage einzuhalten, ist es deshalb vorteilhaft, mindestens eine Injektor- und oder Luftventilansteuergröße zum Ansteuern der selbstzündenden Verbrennung unter Berücksichtigung des Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmals festzulegen.
  • Unter einem Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal kann beispielsweise eine Lautstärke des Verbrennungsgeräusches verstanden werden. Leichter lässt sich ein Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal detektieren, wenn ein zeitlicher Verlauf des Drucks während der Verbrennungsphase des selbstzündenden Verbrennungsmotors dazu ausgewertet wird. Das Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal kann in diesem Falle beispielsweise der maximale Druckgradient während der Verbrennungsphase sein.
  • Die Verbrennungslage kann beispielsweise über ein Zylinderdrucksignal gewonnen werden. Zylinderdrucksignale bieten eine verlässliche Möglichkeit, die Verbrennungslage, beispielsweise den MFB50, die Verbrennungsdauer, das indizierte Verbrennungsmoment, den maximalen Zylinderdruckgradienten oder andere charakteristische Merkmale der Verbrennung zu ermitteln. Unter einer Verbrennungslage ist deshalb nicht nur der MFB50, sondern ein charakteristisches Merkmal der Verbrennung, welches sich beispielsweise über das Zylinderdrucksignal ermitteln lässt, zu verstehen. Eine derartige Verbrennungslage ist hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission, insbesondere der NOx-Rohemission, beim Betreiben des selbstzündenden Verbrennungsmotors wesentlich.
  • Mittels der Erfindung lassen sich die herkömmlicherweise auftretenden zylinderindividuellen Unterschiede der Verbrennungsgeräusche minimieren. Die herkömmlicherweise auftretenden Unterschiede bei den zylinderindividuellen Verbrennungsgeräuschen lassen sich beispielsweise auf ein unterschiedlichen Temperaturverhaltens der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors, einer nicht konstant eingehaltenen Frischluftzumessung, einer Exemplar- zu Exemplarstreuung sowie auf individuelle Alterungseffekte der Injektoren oder Ventiltriebkomponenten der einzelnen Zylinder zurückführen.
  • Das Minimieren der zylinderindividuellen Unterschiede der Verbrennungsgeräusche gewährleistet insbesondere bei höheren Teil-Lasten eine Reduzierung der Rohemission und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs. So emittiert herkömmlicherweise der früheste Zylinder häufig mehr Stückoxyde zusätzlich, als man beim spätesten Zylinder relativ zum Auslegungspunkt einspart.
  • Das Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal, beispielsweise ein gewünschter maximaler Druckgradient, wird dabei vorzugsweise möglichst niedrig vorgegeben. Wünschenswert ist es, den Verbrennungsmotor so zu betreiben, dass die Verbrennungsgeräusche im Fahrerinnenraum vernachlässigbar sind bzw. zumindest nicht als störend empfunden werden. Die vorliegende Erfindung bietet somit zusätzlich zu einer Stabilisierung der CAI-Verbrennung eine Verbesserung des Fahrkomforts durch leise Verbrennungsgeräusche.
  • Beispielsweise wird als IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal ein maximaler Druckgradient in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors bestimmt. Der maximale Druckgradient lässt sich leicht bestimmen.
  • Vorzugsweise umfasst die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße eine Einspritzlage einer Voreinspritzung und/oder einer Haupteinspritzung. Mittels dieser Ansteuergrößen kann eine Verbrennungslage bei einem CAI-Betrieb verlässlich beeinflusst werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren die zusätzlichen Schritte: Vorgeben einer dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße; Zusätzliches Einhalten der dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße; Vergleichen der neubestimmten ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße mit einem vorgegebenen Wertebereich; und, falls die neubestimmte erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt, Neubestimmen der dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße. Insbesondere ist die Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße die Einspritzlage der Haupteinspritzung ist und die dritte Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße umfasst die Einspritzlage der Voreinspritzung und/oder ein Verhältnis aus einer Voreinspritzmenge und einer Haupteinspritzmenge. Auf diese Weise kann auch bei einer Sättigung der ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße das Verfahren fortgesetzt werden. Dadurch kann die Regelbarkeit des selbstzündenden Verbrennungssystems über einen längeren Zeitraum, also z. B. bei Änderung der Umweltparameter und insbesondere auch bei einer Alterung des Motors, aufrecht erhalten werden.
  • Vorteilhafterweise umfasst die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße die Voreinspritzmenge, die Haupteinspritzmenge und/oder eine Summe aus der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge. Damit kann über die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße das Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal gezielt beeinflusst werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren die zusätzlichen Schritte: Vorgeben einer Abgasventilansteuergröße, Bestimmen mindestens einer Standardabweichung aus den ermittelten IST-Verbrennungslagen. Vergleichen der mindestens einen bestimmten Standardabweichung und/oder einer Summe aus den bestimmten Standardabweichungen mit mindestens einem vorgegebenen Vergleichswert, und, falls die mindestens eine bestimmte Standardabweichung und/oder die Summe aus den bestimmten Standardabweichungen von dem mindestens einen vorgegebenen Vergleichswert abweicht, Neubestimmen der Abgasventilansteuergröße. Vorzugsweise umfasst die Abgasventilansteuergröße eine Abgasventilöffnungszeit, eine Abgasventilschließzeit, eine Abgasventilöffnungsdauer, eine interne Abgasmenge und/oder eine externe Abgasmenge. Mittels des Eingriffs auf das Luft- oder Abgassystem des selbstzündenden Verbrennungssystems wird die Stabilität der Verbrennung verbessert. Somit kann beispielsweise eine Beimischung von Äthanol ausgeglichen werden.
  • Die (statistisch über mehrere Verbrennungszyklen zu ermittelnde) Standardabweichung eines Verbrennungsmerkmals liefert Informationen über die Verbrennungsstabilität; vorzugsweise wird dazu die Standardabweichung des Verbrennungsschwerpunkts (MFB50), des maximalen Druckgradienten und/oder der maximale Druck in der Verbrennungsphase herangezogen.
  • Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile gelten auch für eine entsprechende Steuervorrichtung. Insbesondere kann der selbstzündende Verbrennungsmotor ein Ottomotor sein.
  • Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Verbrennungsregelung besteht in der Umgehung von herkömmlicherweise auftretenden Ungenauigkeiten bei Seriensensoren zur Brennraumdruckerfassung. Diese Ungenauigkeiten liegen häufig im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 Bar. Dies entspricht einer Kraftstofffehlmenge von ca. 0,3 bis 1,5 mg/Hub. Es ist deshalb vorteilhaft auf einen Mengeneingriff zur direkten Lastregelung, beispielsweise in Abhängigkeit eines mittleren Drucks, zu verzichten, da dies häufig zu entsprechend Fehlern in der korrigierten Kraftstoffmenge führt.
  • Demgegenüber lässt sich mittels des maximalen Druckgradienten sensitiver auf Mengeneingriffe reagieren. Ein Mengeneingriff in Abhängigkeit des maximalen Druckgradienten ist deshalb mit einem geringeren Fehlerrisiko verbunden als ein Mengeneingriff in Abhängigkeit eines mittleren Druckes. Zusätzlich kann ein für die Mengenkorrektur verwendeter Regler aufgrund der höheren Sensitivität des maximalen Druckgradienten langsamer ausgelegt werden als ein derartiger Regler bei einer Mengenkorrektur in Abhängigkeit des mittleren Drucks.
  • Des Weiteren schafft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit den Schritten: (a) Vorgeben einer Soll-Verbrennungslage; (b) Betreiben des Verbrennungsmotors für mindestens einen Zyklus mit einer vorgegebenen Injektoransteuergröße und einer vorgegebenen Abgasventilansteuergröße für zumindest einen Zylinder; (c) Ermitteln einer IST-Verbrennungslage des zumindest einen Zylinders; (d) Vergleichen der IST-Verbrennungslage mit der Soll-Verbrennungslage; (e) Betreiben des Verbrennungsmotors für mindestens einen Zyklus mit einer veränderten vorgegebenen Injektoransteuergröße und einer veränderten vorgegeben Abgasventilansteuergröße für zumindest den einen Zylinder, falls die IST-Verbrennungslage von der Soll-Verbrennungslage abweicht; und (f) mindestens einmaliges Wiederholen der Schritt c) bis e).
  • Ebenso schafft die Erfindung eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit einer Ausgabeeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Soll-Verbrennungslage, eine Injektoransteuergröße und eine Abgasventilansteuergröße vorzugeben; einer Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Injektor und ein Abgasventil so zu steuern, dass während eines Betreibens des Verbrennungsmotors für mindestens einen Zyklus die Injektoransteuergröße und die Abgasventilan steuergröße eingehalten wird; einer Vergleichseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine von einem Sensor bestimmte IST-Verbrennungslage zumindest des einen Zylinders zu empfangen und mit der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage zu vergleichen und ein entsprechendes Vergleichssignal bereitzustellen; und einer Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, nach einem Empfang des Vergleichssignals die Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße neu zu bestimmen, falls die IST-Verbrennungslage von der Soll-Verbrennungslage abweicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Zylinderausgleichsregelung, vorzugsweise im stationären CAI-Motorbetrieb, auf Basis eines Signals über die Verbrennungslage, beispielsweise eines Zylinderdrucksignals. Die Injektoransteuergröße ist vorzugsweise ein Einspritzzeitpunkt (SOI, Start of Injection), eine Voreinspritzmenge (Quantity of Pilot Injection), eine Haupteinspritzmenge (Quantity of Main Injection), ein Verhältnis zwischen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge und/oder eine Öffnungs- und/oder Schließzeit des Injektors. Die Abgasventilansteuergröße kann eine Öffnungs- und/oder Schließlage des Abgasventils (Exhaust Valve Open/Closed) sein.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verbrennungslage durch eine sorgfältig abgestimmte Ansteuerung des Injektors und des Abgasventils während eines Betreibens des selbstzündenden Verbrennungsmotors regelbar ist. Auf diese Weise lassen sich auch motorspezifische Verbrennungseigenschaften ausgleichen. Dies betrifft beispielsweise ein unterschiedliches Temperaturverhalten des jeweiligen Motors und seiner einzelnen Zylinder, eine unterschiedliche Frischluftzumessung, eine Exemplar-zu-Exemplar-Streuung und/oder individuelle Alterungseffekte der Injektoren oder der Zylinder des Verbrennungsmotors. Des Weiteren lässt sich mittels der vorliegenden Erfindung die Verbrennungslage hinsichtlich unterschiedlicher Umweltbedingungen korrigieren. Korrigierbare Umweltbedingungen sind beispielsweise eine Kraftstoffqualität, ein Atmosphärendruck und/oder eine Atmosphärentemperatur.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der selbstzündende Verbrennungsmotor ein Ottomotor. Gerade bei einem Ottomotor bewirkt das CAI-Verfahren einen deutlich reduzierten Kraftstoffverbrauch und eine signifikant verringerte Abgasemission bzgl. kritischer Schadstoffkomponenten wie beispielsweise NOx.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Injektoransteuergröße und/oder die Abgasventilansteuergröße zylinderindividuell vorgegeben. In diesem Fall wird die zylinderindividuell vorgegebene Injektoransteuergröße und/oder Abgasventilansteuergröße abhängig von einer Abweichung der für den zugehörigen Zylinder bestimmten IST-Verbrennungslage von der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage neubestimmt. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise zylinderindividuelle Alterungseffekte gut kompensieren.
  • Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Injektoransteuergröße und/oder die Abgasventilansteuergröße für alle Zylinder des Verbrennungsmotors gleich vorgegeben werden. Dabei wird ein Mittelwert, welcher der gemittelten IST-Verbrennungslage der verschiedenen Zylinder des Verbrennungsmotors entspricht, oder eine Summe der Abweichungen der IST-Verbrennungslagen aller Zylinder von der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage bestimmt. Die für alle Zylinder des Verbrennungsmotors gleich vorgegebene Injektoransteuergröße und/oder Abgasventilansteuergröße kann dann abhängig von einer Abweichung des Mittelwerts von der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage oder abhängig von der Summe neubestimmt werden. Dies gewährleistet ein schnelles und verlässliches Ausgleichen von Umwelteinflüssen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass bezüglich des Luftsystems zylinderindividuelle Eingriffe entweder nicht möglich oder nicht erwünscht sind. Gründe dafür können beispielsweise die Verwendung eines kostengünstigen teilvariablen Ventilbetriebs sein. Zylinderindividuelle Eingriffe werden in diesem Fall über die Injektoransteuergröße realisiert. Eine mittlere Drift der Verbrennungslage, beispielsweise aufgrund von geänderten Umweltbedingungen oder von Alterungseffekten, kann über die Abgasventilansteuergröße kompensiert werden. Dies geschieht beispielsweise durch eine Verschiebung der Ventilansteuerzeiten.
  • Selbstverständlich kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine vollvariable Ventilsteuerung verwendet werden, welche zylinderindividuelle Eingriffe zulässt. Die zylinderindividuellen Eingriffe können dann über die Abgasventilansteuergröße realisiert werden. Vorzugsweise wird eine mittlere Drift der Verbrennungslage in diesem Fall über die Injektoransteuergröße korrigiert.
  • In einer Weiterbildung kann, sofern die Abweichung der bestimmten IST-Verbrennungslage oder des Mittelwerts von der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage größer als eine vorgegebene Höchstabweichung ist, die Soll-Verbrennungslage neu festgelegt werden. Die Gefahr eines Auftretens einer Stellgrößenbegrenzung für einen der Zylinder lässt sich somit minimieren.
  • Die in den oberen Abschnitten beschriebenen Vorteile gelten auch für eine entsprechende Steuervorrichtung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors;
  • 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen einer Verbrennungslage beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors;
  • 3 ein Koordinatensystem als Beispiel für eine zylinderindividuelle Regelung der Injektoransteuergrößen und eine Mittelwert-Regelung eine Ventilansteuergröße gemäß dem Verfahren der 2;
  • 4 ein Koordinatensystem zum Darstellen einer Relation zwischen einer Verbrennungslage und einem Verbrennungsgeräuschmerkmal eines Zylinders eines selbstzündenden Verbrennungsmotors;
  • 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors;
  • 6 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen einer Verbrennungslage beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors;
  • 7 ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Regelung einer Verbrennungslage und eines Verbrennungsgeräusches gemäß dem Verfahren der 6;
  • 8 ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Sättigungsregelung gemäß dem Verfahren der 6; und
  • 9 ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Stabilitätsregelung einer Standardabweichung einer Verbrennungslage gemäß dem Verfahren der 6.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors.
  • Die gezeigte Steuervorrichtung 10 kann nahe an einem selbstzündenden Verbrennungsmotor 12 mit einem Injektor 14, einem Abgasventil 15 und einem Zylinderdrucksensor 16 angebracht sein. Als Alternative dazu kann die Steuervorrichtung 10 auch Bestandteil eines zentralen Fahrzeug-Steuersystems sein. Die Steuervorrichtung 10 ist in diesem Fall mit den Komponenten 14, 15 und 16 über Signalleitungen und/oder über einen Fahrzeugbus verbunden.
  • Die Steuervorrichtung 10 umfasst eine Ausgabeeinrichtung 18 zum Bereitstellen eines Vergleichswerts bezüglich einer Verbrennungslage, einer Injektoransteuergröße und einer Abgasventilansteuergröße. Der Vergleichswert wird dabei so gewählt, dass er einer bevorzugten Verbrennungslage entspricht. Der Vergleichswert kann beispielsweise der Verbrennungsschwerpunkt MFB50 (Mass Fraction Burnt 50%) oder ein anderer Kurbelwinkel für einen spezifischen Energieumsatz einer Verbrennung sein.
  • Die Injektoransteuergröße ist beispielsweise eine Öffnungs- und/oder Schließzeit des Injektors 14. Ebenso kann die Injektoransteuergröße eine Einspritzlage und/oder eine Einspritzmenge angeben. Unter der Einspritzlage ist dabei ein Zeitpunkt oder ein Kurbelwinkel einer Haupteinspritzung (Main Injection) zu verstehen.
  • Entsprechend kann die Abgasventilansteuergröße mindestens einer Öffnungs- und/oder Schließzeit des Abgasventils 15 entsprechen. Die Abgasventilansteuergröße legt damit die rückgehaltene interne und/oder rückgeführte externe Abgasmenge fest, mit welcher eine Verbrennung in einem CAI-Verfahren ausgelöst wird.
  • In einer besonderen Ausführungsform kann die Ausgabeeinrichtung 18 dazu ausgelegt sein, eine Geschwindigkeit und/oder eine Last des zugehörigen Fahrzeugs zu ermitteln und den Vergleichswerts, die Injektoransteuergröße und/oder die Abgasventilansteuergröße abhängig von der Geschwindigkeit und/oder der Last bereitzustellen. Ebenso kann die Ausgabeeinrichtung 18 die Geschwindigkeit und/oder die Last des Fahrzeugs auch mittels eines bereitgestellten Signals empfangen.
  • In dem Beispiel der 1 gibt die Ausgabeeinrichtung 18 ein Datensignal 20a mit der Injektoransteuergröße und der Abgasventilansteuergröße an eine Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung 22 und an eine Auswerteeinrichtung 34 der Steuervorrichtung 10 aus. Der Vergleichswert bzgl. Der Verbrennungslage wird über das Datensignal 20b an eine Vergleichseinrichtung 30 bereitgestellt. Die Ausgabeeinrichtung 18 muss jedoch nicht als kompakte Einrichtung ausgebildet sein. Stattdessen kann die Ausgabeeinrichtung 18 auch mehrere voreinander getrennte Untereinheiten umfassen, welche innerhalb von verschiedenen Komponenten der Steuervorrichtung 10 angeordnet sind.
  • Die Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung 22 ist dazu ausgelegt, nach einem Empfang des Datensignals 20a den Injektor 14 und das Abgasventil 15 während mindesten eines Zyklus des Verbrennungsmotors 12 zu steuern. Dazu umfasst die Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung 22 eine Injektorsteuereinheit 23a und eine Abgasventilsteuereinheit 23b. Die Injektorsteuereinheit 23a steuert den Injektor 14 dabei mittels des Steuersignals 24a so, dass eine der Injektoransteuergröße entsprechende Einspritzzeit und/oder Einspritzmenge eingehalten wird. Ebenso sorgt die Abgasventilsteuereinheit 23b dafür, dass eine der Abgasventilansteuergröße entsprechende externe und/oder interne Abgasmenge durch das Abgasventil 15 rückgehalten und/oder rückgeführt wird. Dies geschieht über das Steuersignal 24b.
  • Es wird hier ausdrücklich darauf verwiesen, dass der obere Abschnitt auch bedeuten kann, dass die Injektorsteuereinheit 23a und die Abgasventilsteuereinheit 23b mittels der Steuersignale 24a und 24b nur die Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße an den Injektor 14 und das Abgasventil 15 ausgeben. Der Injektor 14 und das Abgasventil 15 sind in diesem Fall dazu ausgelegt, sich selbst entsprechen den empfangenen Steuergrößen zu steuern.
  • Entsprechend werden während mindestens eines folgenden Zyklus die Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße für alle Zylinder des Verbrennungsmotors 12 eingehalten.
  • Der Zylinderdrucksensor 16 ist dazu ausgelegt, den innerhalb der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors 12 herrschenden Druck mit einer relativ hohen Zeitauflösung zu messen. Der Zylinderdrucksensor 16 ermittelt anhand der gemessenen Druckverläufe die jeweiligen Verbrennungslagen der einzelnen Zylinder. Vorzugsweise wird dazu noch ein (nicht skizziertes) Drehzahlsignal an den Zylinderdrucksensor 16 bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Zylinderdrucksensor 16 ermittelte Druckwerte den entsprechenden Kurbelwinkel werten zuordnen. Ein entsprechendes Sensorsignal 28 wird anschließend an die Steuervorrichtung 10 ausgegeben.
  • Das Sensorsignal 28 wird von der Vergleichseinrichtung 30 der Steuervorrichtung 10 empfangen. Die Vergleichseinrichtung 30 vergleicht anschließend die empfangenen Verbrennungslagen der verschiedenen Zylinder mit dem Vergleichswert des Datensignals 20b. Dabei ermittelt die Vergleichseinrichtung 30, ob die empfangenen Verbrennungslagen innerhalb eines vorgegebenen Abweichungsbereichs um den Vergleichswert liegen. Ein entsprechendes Vergleichssignal 32 wird anschließen an eine Auswerteeinrichtung 34 ausgegeben. Selbstverständlich kann die Vergleichseinrichtung 30 auch die Zuordnung von empfangenen Druckwerten zu den entsprechenden Kurbelwinkelwerten ausführen.
  • Die Auswerteeinrichtung 34 ist dazu ausgelegt, bei einer Abweichung zumindest einer der ermittelten Verbrennungslagen von dem vorgegebenen Vergleichswert die zugehörige Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße neu zu bestimmen. Das Neubestimmen der Injektoransteuergröße und der Abgasventilansteuergröße kann dabei zylinderindividuell und/oder unter Berücksichtigung eines gemittelten Verbrennungsmerkmals aller Zylinder des Verbrennungsmotors 12 geschehen. Beispiele zum Neubestimmen der Injektoransteuergröße und der Abgasventilansteuergröße werden weiter unten noch genauer beschrieben.
  • Die neubestimmten oder beibehaltenen Werte für die Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße werden anschließend mittels eines Ausgabesignals 36 erneut an die Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung 22 ausgegeben. Die Injektor- und Abgasventilsteuereinrichtung 22 setzt anschließend das Betreiben des Injektors 14 und des Abgasventils 15 für mindestens einen weiteren Zyklus fort, in welchem die neubestimmten oder beibehaltenen Werte für die Injektoransteuergröße und die Abgasventilansteuergröße eingehalten werden. Beispielsweise enthält das Signal 20a einen Grundwert und das Signal 36 eine zugehörige Korrektur.
  • Nach diesem mindestens einen weiteren Verbrennungszyklus kann erneut eine Verbrennungslage durch den Zylinderdrucksensor 16 ermittelt und als Sensorsignal 28 an die Vergleichseinrichtung 30 ausgegeben werden. Dies bewirkt einen erneuten Vergleich der neu gemessenen Verbrennungslagen mit dem bereitgestellten Vergleichswert. Liegen die neu gemessenen Verbrennungslagen weiterhin außerhalb des vorgegebenen Abweichungsbereichs um den Vergleichswert, so wird erneut ein entsprechendes Vergleichssignal 32 zum Neubestimmen der Injektoransteuergröße und der Abgasventilansteuergröße an die Auswer teeinrichtung 34 ausgegeben. Der in den oberen Abschnitten beschriebene Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden.
  • Weitere Modifizierungen, welche für eine Weiterbildung der dargestellten Steuervorrichtung 10 in diese eingefügt werden können, werden einem Fachmann anhand der nachfolgenden 2 deutlich. Auf ihre Beschreibung wird deshalb hier verzichtet.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors. Die Ausführungsform ist dabei an einen selbstzündenden Verbrennungsmotor mit vier Zylindern, beispielsweise an einen Ottomotor mit CAI-Betriebsart, angepasst. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors nicht auf eine bestimmte Anzahl von Zylindern beschränkt ist.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens der 2 wird eine Ausgangs-Ventilansteuergröße VT0, eine Ausgangs-Injektoransteuergröße IT0 und eine Soll-Verbrennungslage T0 bereitgestellt. Dies geschieht beispielsweise über eine fahrzeugeigene Ausgabeeinrichtung, welche drei Untereinheiten 18a, 18b und 18c umfasst. Die Bereitstellung der Ausgangs-Ventilansteuergröße VT0, der Ausgangs-Injektoransteuergröße IT0 und der Soll-Verbrennungslage T0 kann beispielsweise während einer Fahrt des Fahrzeugs abhängig von der Drehzahl D und/oder der Last L erfolgen.
  • Bei den bereitgestellten Werten für die Ausgangs-Ventilansteuergröße VT0, die Ausgangs-Injektoransteuergröße IT0 und die Soll-Verbrennungslage T0 handelt es sich beispielsweise um eine Abgasventilöffnungszeit, eine Abgasventilschließzeit, eine Injektoröffnungszeit, eine Injektorschließzeit, eine Einspritzmenge, eine Einspritzlage, um ein Verhältnis zwischen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge, einen Verbrennungsschwerpunkt MFB50 (Mass Fraction Burnt 50%) und/oder um einen anderen spezifischen Energieumsatz einer Verbrennung. Die Werte werden beispielsweise in einem Kurbelwinkel angegeben. Vorzugsweise wird die Einspritzmenge indirekt durch Bestimmung der Injektoröffnungszeit in °KW oder in Sekunden festgelegt.
  • Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das beschriebene Verfahren nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Jede Größe zum Ansteuern des Injektors beim Einfüllen eines Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor und zum Ansteuern des Abgasventils kann stattdessen zur Durchführung des Verfahrens herangezogen werden.
  • In einem zweiten Schritt werden Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT bereitgestellt. In diesem zweiten Schritt des Verfahrens betragen die Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT jedoch alle den Wert 0. Die Bereitstellung der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT kann beispielsweise durch zwei Untereinheiten 34a und 34b einer Auswerteeinrichtung erfolgen. Auf die genaue Funktion der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT wird später noch genauer eingegangen.
  • Anschließend werden die Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 jeweils mit der Ausgangs-Injektoransteuergröße IT0 addiert. Dies ergibt die Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4, welche in diesem dritten Schritt des Verfahrens jedoch der Ausgangs-Injektoransteuergröße IT0 entsprechen. Zusätzlich wird der Korrekturwert ΔVT mit der Ausgangs-Ventilansteuergröße VT0 addiert. Die dabei gewonnene Ventilansteuergröße VT wird anschließend zusammen mit den Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 an ein Motorsteuersystem 50 bereitgestellt.
  • Das Motorsteuersystem 50 umfasst den selbstzündenden Verbrennungsmotor mit vier Zylindern, den zugehörigen Injektor, das zugehörige Abgasventil mindestens einen Zylinderdrucksensor zum Bestimmen der Druckverläufe p1 bis p4 in den verschiedenen Zylindern des Verbrennungsmotors und mindestens einen Drehzahlsensor. Empfängt das Motorsteuersystem 50 die Ventilansteuergröße VT und die Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4, so steuert das Motorsteuersystem 50 daraufhin den Betrieb des Verbrennungsmotors für mindestens einen Verbrennungszyklus so, dass die den Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 und die der Ventilansteuergröße VT zugehörigen Betreiberwerte eingehalten werden. Gleichzeitig ermittelt das Motorsteuersystem 50 eine neue Drehzahl D und die jeweiligen zylinderindividuellen Druckverläufe p1 bis p4. Die ermittelte Drehzahl D und die zylinderindividuellen Druckverläufe p1 bis p4 werden anschließend an eine weitere Untereinheit 34c der Auswerteeinrichtung weitergeleitet.
  • Die Untereinheit 34c der Auswerteeinrichtung ermittelt anhand der Drehzahl D und der zylinderindividuellen Druckverläufe p1 bis p4 die Verbrennungslagen T1 bis T4 für die verschiedenen Zylinder des Verbrennungsmotors. Anschließend werden anhand der Soll-Verbrennungslage T0 und der ermittelten zylinderindividuellen Verbrennungslagen T1 bis T4 die Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 berechnet. Die Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 entsprechen dabei einer Differenz zwischen der Soll-Verbrennungslage T0 und den zugehörigen zylinderindividuellen Verbrennungslagen T1 bis T4.
  • Abhängig von den Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 werden anschleißend neue Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 durch die oben schon erwähnte Untereinheit 34a der Auswerteeinrichtung be stimmt. Die Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 entsprechen damit den zylinderindividuelle Korrekturen der Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 hinsichtlich der Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 der ermittelten Verbrennungslagen T1 bis T4 von der Soll-Verbrennungslage T0. Die neu bestimmten Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 werden anschließend wiederum mit der ursprünglich bereitgestellten Vorgabe-Injektoransteuergröße IT0 addiert. Auf diese Weise werden neue Werte für die zylinderindividuellen Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 berechnet.
  • Dazwischen wird in einem weiteren Schritt eine Summe S der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 berechnet. Abhängig von der berechneten Summe S wird anschließend der ebenfalls schon erwähnte Korrekturwert ΔVT durch die Untereinheit 34b der Auswerteeinrichtung bestimmt. Dieser Korrekturwert ΔVT wird mit der Vorgabe-Ventilansteuergröße VT0 zur Ventilansteuergröße VT addiert. Die neu bestimmte Ventilansteuergröße VT wird zusammen mit den zylinderindividuellen Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 für mindestens einen weiteren Zyklus an das Motorsteuersystem 50 ausgegeben.
  • Das Motorsteuersystem 50 betreibt den Verbrennungsmotor anschließend für mindestens einen weiteren Zyklus, wobei die den neu bestimmten Werten IT1 bis IT4 und VT zugehörigen Betreibergrößen eingehalten werden. Gleichzeitig werden eine neue Drehzahl D und neue zylinderindividuellen Druckverläufe p1 bis p4 gemessen. Das schon beschriebene Verfahren kann daraufhin beliebig oft wiederholt werden.
  • Die Korrektureingriffe erfolgen auf den Injektor vorzugsweise von Zyklus zu Zyklus. Selbstverständlich können die Korrektureingriffe auf den Injektor jedoch auch mit einer geringeren Frequenz ausgeführt werden. Die Dynamik des Mittelwerteingriffs auf das Luftsystem und/oder das Abgasventil kann im Vergleich zu den Korrektureingriffen auf den Injektor eine geringere Frequenz aufweisen, um ein Gegeneinanderarbeiten der kaskadierten Regelkreise zu vermeiden. Zusätzlich kann auch ein zylinderindividueller oder eine über alle Verbrennungslagen der verschiedenen Zylinder gemittelter Korrektureingriff auf das Ansaugventil erfolgen.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform wird ein zylinderindividueller Korrektureingriff über die zylinderindividuellen Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 durchgeführt. Dies erfolgt über die zylinderindividuellen Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 für die Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4. Gleichzeitig wird ein gesamter, das heißt für alle Zylinder identischer Eingriff über die Ventilansteuergröße VT, beispielsweise eine Phasenverschiebung der Ventilansteuerzeiten, ausgeführt. Dabei werden die Verbrennungslagen T1 bis T4 gleichgestellt, um mittels des Korrekturwerts ΔVT abhängig von der Summe S den Mittelwert der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 auf den Nullwert zu regeln.
  • In einer Alternative zu der beschriebenen Ausführungsform können jedoch auch zylinderindividuelle Korrekturen mittels verschiedener Ventilansteuergrößen für die jeweiligen Zylinder ausgeführt werden. Zusätzlich kann eine Korrektur der Injektoransteuergröße abhängig von einer Summe über alle zylinderindividuelle Korrekturwerte der verschiedenen Ventilansteuergrößen erfolgen. Als Alternative dazu kann die Korrektur der Injektoransteuergröße auch abhängig von den Abweichungen der Verbrennungslagen der verschiedenen Zylinder von einer Soll-Verbrennungslage durchgeführt werden.
  • Weiterhin ist es auch denkbar, spezielle Maßnahmen für den Fall vorzusehen, dass mindestens einer der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT in eine Sättigung geht. Beispielsweise kann in einer derartigen Situation die Soll-Verbrennungslage T0 für alle Zylinder soweit nachgeführt werden, bis sich alle zylinderindividuellen Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 mittelwertfrei wieder auf den Nullwert regeln lassen. Damit ist eine Gleichstellung aller Zylinder über einen weiteren Betriebsbereich gewährleistet.
  • Sofern mit dem gezeigten Verfahren primär Lebensdauereffekte zu kompensieren sind, bietet es sich zudem an, die im eingeregelten Zustand zylinderindividuell ermittelten Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 sowie den globalen Korrekturwert ΔVT in entsprechenden Kennfeldern abzuspeichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt direkt für die Steuerung verwenden zu können.
  • 3 zeigt ein Koordinatensystem als Beispiel für eine zylinderindividuelle Regelung der Injektoransteuergrößen und eine Mittelwert-Regelung eine Ventilansteuergröße gemäß dem Verfahren der 2. Die Abszisse des gezeigten Koordinatensystems ist eine Zeitachse t. Die Ordinate des Koordinatensystems gibt die Winkel für die Wertebereiche der gezeigten Messkurven T1 bis T4, ΔIT1 bis ΔIT4 und ΔVT wieder.
  • Die Messkurven T1 bis T4 geben die zylinderindividuell bestimmten Verbrennungslagen der einzelnen vier Zylinder des selbstzündenden Verbrennungsmotors wieder. Diese zylinderindividuellen Verbrennungslagen T1 bis T4 werden mittels eines Zylinderdrucksensors als MFB50 für jeweils zehn Verbrennungszyklen ermittelt. Die Wertebereiche der zylinderindividuellen Verbrennungslagen T1 bis T4 liegen dabei innerhalb eines Bereichs zwischen 6°CA und 12°CA nach dem Oberen Totpunkt der Zündung.
  • Die Messkurven ΔIT1 bis ΔIT4 entsprechen den Korrekturwerten ΔIT1 bis ΔIT4 der Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4, welche in Abhängigkeit der Verbrennungslagen T1 bis T4 eines vorangegangenen Verbrennungszyklus und einer Vorgabe-Injektoransteuergröße IT0 zylinderindividuell bestimmt werden. Der Wertebereich der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 liegt zwischen 320°CA und 360°CA.
  • Innerhalb eines Wertebereichs von –85°CA bis –80°CA liegt die Messkurve ΔVT. Diese ergibt sich aus den Korrekturwerten ΔVT der Ventilansteuergröße VT für den Auslass-Nockenwellen-Steller, welche mittels der schon beschriebenen Mittelwert-Regelung bestimmt werden.
  • Innerhalb eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t0 bis t1 wird das Motorsteuersystem so gesteuert, dass eine Vorgabe-Ventilansteuergröße VT0 und eine Vorgabe-Injektoransteuergröße IT0 fest eingehalten wird. Wie anhand der Messkurven T1 bis T4 zu erkennen ist, treten dabei hohe Abweichungen zwischen den einzelnen Verbrennungslagen T1 bis T4 der verschiedenen Zylinder auf. Insbesondere ist zu erkennen, dass bei keinem der vier Zylinder die Verbrennungslage T1 bis T4 nahe der gewünschte Soll-Verbrennungslage T0 bei ca. 8°CA liegt.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 wird mit der schon beschriebenen zylinderindividuellen Regelung der Korrekturwerte ΔIT1 bis ΔIT4 der Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 begonnen. Bis zu einem Zeitpunkt t2 wird jedoch keine Korrektur ΔVT der Ventilansteuergröße VT bezüglich des Auslass-Nockenwellen-Stellers durchgeführt.
  • Wie zu erkennen ist, pendeln sich die Werte für die Verbrennungslagen T1 bis T4 der verschiedenen Zylinder ab dem Zeitpunkt t1 um die gewünschte Soll-Verbrennungslage T0 bei 8°CA ein. Allerdings lässt sich anhand der Messkurven ΔIT1 bis ΔIT4 feststellen, dass dazu vor allem bei dem ersten Zylinder, welchem die Kurve ΔIT1 zugeordnet ist, eine relative große Korrektur ΔIT1 der Injektoransteuergröße IT1 durchgeführt werden muss. Es besteht deshalb das Risiko, dass bei einer Fortsetzung des Alterungsprozesses des ersten Zylinders ein Zeitpunkt erreicht wird, an welchem selbst mit einer maximal möglichen Korrektur ΔIT1 der Injektoransteuergröße IT1 die zugehörige Verbrennungslage T1 des ersten Zylinders nicht mehr auf die gewünschte Soll-Verbrennungslage T0 korrigiert werden kann.
  • Um dem zuvorzukommen, wird ab dem Zeitpunkt t2 mit der Mittelwert-Regelung des Korrekturwerts ΔVT der Ventilansteuergröße VT bezüglich des Auslass-Nockenwellen-Stellers begonnen. Auf diese Weise können die Abweichungen der zylinderindividuellen Korrekturen ΔIT1 bis ΔIT4 der Injektoransteuergrößen IT1 bis IT4 reduziert werden. Damit ist gewährleistet, dass auch bei einer Fortsetzung des Alterungsprozesses der verschiedenen Zylinder oder bei ungünstigen Umweltbedingungen die Verbrennungslagen T1 bis T4 der verschiedenen Zylinder auf die gewünschte Soll-Verbrennungslage T0 korrigiert werden können.
  • 4 zeigt ein Koordinatensystem zum Darstellen einer Relation zwischen einer Verbrennungslage und einem Verbrennungsgeräuschmerkmal eines Zylinders eines selbstzündenden Verbrennungsmotors. Die Abszisse des Koordinatensystems ist ein Kurbelwellenwinkel Φ nach dem oberen Totpunkt der Zündung. Die Ordinate des Koordinatensystems entspricht einem bei dem Kurbelwellenwinkel Φ gemessenen Druckgradienten dp. Der Druckgradient dp wird dabei in bar/°CA angegeben.
  • Zum Darstellen einer Relation zwischen einer Verbrennungslage und einem maximalen Druckgradient dpmax eines Verbrennungszyklus eines Zylinders sind fünf Graphen G1 bis G5 in das Koordinatensystem eingetragen. Alle fünf Graphen G1 bis G5 haben als Verbrennungslage einen Verbrennungsschwerpunkt MFB50 innerhalb eines Bereichs zwischen 7°CA und 11°CA nach dem oberen Totpunkt der Zündung.
  • Der dem Graphen G1 zugehörige Verbrennungszyklus hat einen Verbrennungsschwerpunkt MFB50 bei 7°CA und einen maximalen Druckgradienten dpmax bei 2,9 bar/°CA. Die weiteren Graphen G2 bis G5 entsprechen Verbrennungszyklen mit Verbrennungsschwerpunkten MFB50 bei 8°CA, bei 9°CA, bei 10°CA und bei 11°CA. Die zugehörigen maximalen Druckgradienten dpmax liegen mit 2,5 bar/°CA, 2,1 bar/°CA, 2 bar/°CA und 1,1 bar/°CA deutlich unter dem maximalen Druckgradienten dpmax des Graphen G1.
  • Zusammenfassend lässt feststellen, dass eine frühe Verbrennungslage, bzw. ein früher Verbrennungsschwerpunkt MFB50, zu einer deutlichen Zunahme des maximalen Druckgradienten dpmax und damit zu einem lauteren Verbrennungsgeräusch führt. Eine Steuerung eines selbstzündenden Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung des Verbrennungsgeräuschmerkmals kann deshalb dazu beitragen, eine zu frühe Verbrennungslage zu vermeiden. Das Berücksichtigen des Verbrennungsgeräuschmerkmals trägt deshalb zur Stabilisierung des Betriebs des selbstzündenden Verbrennungsmotors bei. Zusätzlich erhöhen die leisen Verbrennungsgeräusche den Fahrkomfort für den Fahrer.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors.
  • Die dargestellte Steuervorrichtung 110 kann entsprechend der oben schon beschriebenen Steuervorrichtung der 1 an einem selbstzündenden Verbrennungsmotor 112 eines Fahrzeugs mit einem Injektor 114, einem Abgasventil 115 und einem Zylinderdrucksensor 116 angeordnet sein. Die Steuervorrichtung 110 weist eine Ausgabeeinrichtung 118 auf, welche dazu ausgelegt ist, unter Berücksichtigung einer Drehzahl und/oder einer Last des fahrenden Fahrzeugs zwei Ausgangswerte für eine erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße und eine zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße bereit zu stellen. Die beiden Injektor- und/oder Luftventilansteuergrößen werden über ein Datensignal 120a an eine Injektor- und Luftventilsteuereinrichtung 122 ausgegeben. Die beiden Injektor- und/oder Luftventilansteuergrößen sind beispielsweise eine Einspritzmenge einer Voreinspritzung und/oder einer Haupteinspritzung, eine Gesamteinspritzmenge, eine Einspritzlage der Voreinspritzung und/oder der Haupteinspritzung, eine Schließ- und/oder Öffnungszeit des Injektors 114, eine Schließ- und/oder Öffnungszeit des Abgasventils 115, eine Öffnungsdauer des Abgasventils 115, eine interne und/oder externe Abgasmenge, eine Schließ- und/oder Öffnungszeit eines Luftansaugventils und/oder eine Öffnungsdauer des Luftansaugventils.
  • Die Ausgabeeinrichtung 118 ist zusätzlich dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung der Drehzahl und/oder der Last eine Soll-Verbrennungslage und ein Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal bereitzustellen. Die Soll-Verbrennungslage wird über ein Datensignal 120b an eine erste Auswerteeinrichtung 132 ausgegeben. Ebenso wird das Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal als Datensignal 120c an eine zweite Auswerteeinrichtung 134 bereitgestellt. Auf die Funktionen der beiden Auswerteeinrichtungen 132 und 134 wird weiter unten noch genauer eingegangen.
  • Die Soll-Verbrennungslage entspricht einer bevorzugten Verbrennungslage des selbstzündenden Verbrennungsmotors 112. Beispielsweise ist die Soll-Verbrennungslage ein bevorzugter Verbrennungsschwerpunkt MFB50, eine bevorzugte Verbrennungsdauer und/oder ein vorteilhafter Verbrennungsstartpunkt. Das Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal wird vorzugsweise als eine Größe bereitgestellt, welche den zeitlichen Druckverlauf im Inneren mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors 112 wiedergibt. Vorteilhafterweise ist das Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal der maximale Druckgradient während einer Verbrennungsphase eines Zylinders.
  • Die Injektor- und Luftventilansteuereinrichtung 122 umfasst eine Injektorsteuereinheit 123a und eine Luftventilsteuereinheit 123b. Die beiden Steuereinheiten 123a und 123b sind dazu ausgelegt, den Injektor 114, das Abgasventil 115 und/oder ein (nicht skizziertes) Luftzufuhrventil des Verbrennungsmotors 112 so zu steuern, dass die von der Ausgabeeinrichtung 118 vorgegebenen ersten und zweiten Injektor- und/oder Luftventilansteuergrößen während mindestens eines Verbrennungszyklus für mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors 112 eingehalten werden. Entsprechende Steuersignale 124a und 124b werden von den Steuereinheiten 123a und 123b an die von ihnen gesteuerten Einrichtungen 114 und 115 des Verbrennungsmotors 112 ausgegeben.
  • Der oben schon erwähnt Drucksensor 116 ist dazu ausgelegt, einen zeitlichen Verlauf eines Drucks in mindestens einem Zylinder während einer Verbrennungsphase zu messen. Der Drucksensor 116 empfängt zusätzlich eine aktuelle Drehzahl des Verbrennungsmotors 112 von einem (nicht dargestellten) Drehzahlsensor. Der Drucksensor 116 ermittelt daraufhin eine Ist-Verbrennungslage für mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors 112 und gibt diese als Sensorsignal 128a an die erste Auswerteeinrichtung 132 aus. Des Weiteren ermittelt der Drucksensor 116 ein Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal, welches anschließend als Sensorsignal 128b an die zweite Auswerteeinrichtung 134 bereitgestellt wird. Das Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal kann beispielsweise der maximale Druckgradient sein, welcher während eines Verbrennungszyklus in einem Zylinder des Verbrennungsmotors 112 auftritt. Selbstverständlich kann das Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal auch ein über mehrere Zyklen gemittelter maximaler Druckgradient oder ein Mittelwert der maximalen Druckgradienten aller Zylinder des Verbrennungsmotors sein.
  • Die erste Auswerteeinrichtung 132 vergleicht die ermittelte Ist-Verbrennungslage mit der bereitgestellten Soll-Verbrennungslage. Weicht die Ist-Verbrennungslage von der Soll-Verbrennungslage ab, so bestimmt die erste Auswerteeinrichtung 132 einen aktualisierten Wert für die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße, mit welchem die Abweichung für einen folgenden Verbrennungszyklus kompensierbar ist. Der von der ersten Auswerteeinrichtung 132 aktualisierte Wert für die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße wird als Ausgabesignal 136a an die Injektor- und Luftventilansteuergröße 122 ausgegeben.
  • Auch die zweite Auswerteeinrichtung 134 ist dazu ausgelegt, das Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal mit dem vorgegebenen Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal zu vergleichen. Stellt die zweite Auswerteeinrichtung 134 dabei eine Differenz zwischen dem Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal und dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal fest, welche über einem vorgegebenen Differenzschwellwert liegt, so wird ein aktualisierter Wert für die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße ermittelt, zum Ausgleichen der Differenz zwischen dem Ist-Verbrennungsgeräuschmerkmal und dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal. Mittels eines Ausgabesignals 136b wird dieser neu ermittelte Wert für die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße an die Injektor- und Luftventilansteuereinrichtung 122 bereitgestellt.
  • Die anhand der 5 erläuterte Steuervorrichtung 110 ist dazu ausgelegt, den in den oberen Absätzen beschriebenen Vorgang mehrmals zu wiederholen. Vorzugsweise erfolgen die Korrektureingriffe durch die Steuervorrichtung 110 von Zyklus zu Zyklus. Selbstverständlich können die Korrektureingriffe auch nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen ausgeführt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor 112 über einen längeren Zeitraum so gesteuert wird, dass eine gewünschte Soll-Verbrennungslage und ein vorteilhaftes Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal nahezu konstant eingehalten werden.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen einer Verbrennungslage beim Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors.
  • Beispielhaft ist die Ausführungsform an einen selbstzündenden Verbrennungsmotor mit vier Zylindern angepasst. Vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor ein Ottomotor. Allerdings ist das hier beschriebene Verfahren weder auf eine bestimmte Anzahl von Zylindern noch auf einen bestimmten Typ des selbstzündenden Verbrennungsmotors beschränkt.
  • Zu Beginn des Verfahrens wird eine Drehzahl D und eine Last L eines Fahrzeugs während einer Fahrt an eine fahrzeugeigene Ausgabeeinrichtung, welche sieben Untereinheiten 118a bis 118g umfasst, bereitgestellt. Die sieben Untereinheiten 118a bis 118g können als kompakte Einheit oder getrennt voneinander am Fahrzeug angebracht sein.
  • Die Untereinheiten 118a bis 118d geben Ausgangswerte zum Ansteuern des selbstzündenden Verbrennungsmotors unter Berücksichtung der Drehzahl D und der Last L aus. Beispielhaft genannte Ausgangswerte sind eine Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für eine Haupteinspritzung (Main Injection), eine Ausgangs-Einspritzlage TPI0 für eine Voreinspritzung (Pilot Injection), eine Ausgangs-Gesamteinspritzmenge Q0 für die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung und eine Ausgangs-Abgasventilschließzeit EVC0 (Exhaust Valve Closing). Als Alternative oder als Ergänzung können selbstverständlich auch andere Ausgangswerte durch weitere Untereinheiten zum Ansteuern des selbstzündenden Verbrennungsmotors bereitgestellt werden.
  • Die Untereinheit 118e der Ausgabeeinrichtung stellt einen Sollwert dpmax0 für den maximalen Druckgradienten bereit. Anstelle des Sollwerts dpmax0 für den maximalen Druckgradienten kann die Untereinheit 118e auch dazu ausgelegt sein, ein anderes Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal, beispielsweise eine maximale Lautstärke des Verbrennungsgeräusches, bereitzustellen. Zusätzlich gibt die Untereinheit 118f der Ausgabeeinrichtung in Abhängigkeit der Drehzahl D und der Last L eine Soll-Verbrennungslage T0 aus. Beispiele für eine derartige Soll-Verbrennungslage T0 sind oben schon genannt. Des Weiteren ist die Untereinheit 118g dazu ausgelegt, einen maximal möglichen Korrekturwert ΔTMImax für die Einspritzlage der Haupteinspritzung auszugeben. Auf die genaue Funktion des von der Untereinheit 118g ausgegebenen maximal möglichen Korrekturwerts ΔTMImax wird weiter unten noch genauer eingegangen.
  • Zu Beginn des hier beschriebenen Verfahrens werden die Korrekturwerte ΔQ1 bis ΔQ4, ΔTMI1 bis ΔTMI4, ΔTPI1 bis ΔTPI4 und ΔEVC gleich Null gesetzt. Anschließend wird die Ausgangs-Gesamteinspritzmenge Q0 jeweils zu den Korrekturwerten ΔQ1 bis ΔQ4, die Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für eine Haupteinspritzung jeweils zu den Korrekturwerten ΔTMI1 bis ΔTMI4, die Ausgangs-Einspritzlage TPI0 für eine Voreinspritzung jeweils zu den Korrekturwerten ΔTPI1 bis ΔTPI4 und die Ausgangs-Abgasventilschließzeit EVC0 zu dem Korrekturwert ΔEVC addiert. Auf diese Weise erhält man Betriebswerte Q1 bis Q4, TMI1 bis TMI4, TPI1 bis TPI4 und EVC zum erstmaligen Betreiben des Motorsteuersystems 150 mit einem selbstzündenden Verbrennungsmotor. Die Betriebswerte Q1 bis Q4, TMI1 bis TMI4, TPI1 bis TPI4 und EVC sind die zylinderindividuellen Gesamteinspritzmengen Q1 bis Q4, die zylinderindividuellen Einspritzlagen TMI1 bis TMI4 und TPI1 bis TP14 für die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung und die Abgasventilschließzeit EVC.
  • Lediglich die Abgasventilschließzeit EVC wird bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht zylinderindividuell ausgegeben. In einer Weiterbildung des hier beschriebenen Verfahrens ist es jedoch möglich, auch die Abgasventilschließzeit EVC zylinderindividuell vorzugeben.
  • Die Betriebswerte Q1 bis Q4, TMI1 bis TMI4, TPI1 bis TPI4 und EVC werden an ein Motorsteuersystem 150 ausgegeben. Das Motorsteuersystem 150 ist dazu ausgelegt, einen (nicht skizzierten) selbstzündenden Verbrennungsmotor so zu steuern, dass die vorgegebenen Betriebswerte Q1 bis Q4, TMI1 bis TMI4, TPI1 bis TPI4 und EVC für mindestens einen Verbrennungszyklus fest eingehalten werden. Mittels eines (nicht dargestellten) Drehzahlsensors wird fortlaufend ein aktueller Wert für die Drehzahl D ermittelt. Ein ebenfalls nicht dargestellter Drucksensor ermittelt gleichzeitig den zylinderindividuellen Druckverlauf p1 bis p4 während des Verbrennungszyklus in allen vier Zylindern. Die auf diese Weise gewonnenen Messwerte D und p1 bis p4 werden anschließend an eine Untereinheit 134c einer Auswerteeinrichtung ausgegeben.
  • Die Untereinheit 134c der Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, anhand der Messsignale D und p1 bis p4 zylinderindividuelle Werte für die Verbrennungslage T1 bis T4 und für den maximalen Druckgradienten dpmax1 bis dpmax4 zu ermitteln.
  • Die Verbrennungslagen T1 bis T4 der einzelnen Zylinder werden anschließend von der bereitgestellten Soll-Verbrennungslage T0 abgezogen, um zylinderindividuelle Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 der Verbrennungslagen der einzelnen Zylinder zu bestimmen. Die Abweichungen ΔT1 bis ΔT4 werden an eine weitere Untereinheit 134a der Auswerteeinrichtung ausgegeben. Die Untereinheit 134a der Auswerteeinrichtung umfasst vier Regler, welche unter Berücksichtigung einer Abweichung ΔT1 bis ΔT4 jeweils einen Korrekturwert ΔTMI1 bis ΔTMI4 für die zylinderindividuelle Einspritzlage der Haupteinspritzung ermitteln. Die auf diese Weise bestimmten Korrekturwerte ΔTMI1 bis ΔTMI4 für die Einspritzlage der Haupteinspritzung werden anschließend zu der Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für eine Haupteinspritzung addiert. Auf diese Weise ergeben sich aktualisierte Werte für die schon genannten Betriebsgrößen TMI1 bis TM14.
  • Entsprechend werden auch die zylinderindividuell bestimmten maximalen Druckgradienten dpmax1 bis dpmax4 von dem Sollwert dpmax0 für den maximalen Druckgradienten abgezogen, um die zylinderindividuellen Abweichungen Δmax1 bis Δmax4 von dem Sollwert dpmax0 für den maximalen Druckgradienten zu berechnen. Die Abweichungen Δmax1 bis Δmax44 werden an eine weitere Untereinheit 134d der Auswerteeinrichtung ausgegeben, welche vier Regler umfasst. Jeder Regler der Untereinheit 134d ist dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung einer Abweichung Δmax1 bis Δmax4 einen Korrekturwert ΔQ1 bis ΔQ4 für die Gesamteinspritzmenge zu ermitteln. Die Korrekturwerte ΔQ1 bis ΔQ4 werden anschließend mit der Ausgangs-Gesamteinspritzmenge Q0 für die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung addiert, um die Betriebswerte Q1 bis Q4 zu erhalten.
  • Die oben schon erwähnte Untereinheit 134c der Auswerteeinrichtung ist zusätzlich dazu ausgelegt, die zylinderindividuellen Verbrennungslagen T1 bis T4 zeitlich zu mitteln und die sich ergebende Standardabweichung der Istwerte zylinderindividuell zu bestimmen. Somit erhält man die Standardabweichungen ST1 bis ST4, welche anschließend zu einer Summe S summiert werden. Die Summe S wird an einen Stabilitätsregler 134e der Auswerteeinrichtung ausgegeben. Der Stabilitätsregler 134e ermittelt anhand der an ihn bereitgestellten Summe S den oben schon erwähnten Korrekturwert ΔEVC. Durch Addition des Korrekturwerts ΔEVC mit der Ausgangs-Abgasventilschließzeit EVC0 erhält man einen aktualisierten Wert für die Abgasventilschließzeit EVC.
  • Das in den oberen Abschnitten beschriebene Verfahren wird daraufhin wiederholt. Anhand der neu gemessenen Messwerte D und p1 bis p4 können jeweils neue Betriebsgrößen Q1 bis Q4, TMI1 bis TMI4, TPI1 bis TPI4 und EVC auf die oben beschriebene Weise bestimmt werden. Die Korrektureingriffe auf das Einspritzsystem erfolgen vorzugsweise von Zyklus zu Zyklus. Da ein Korrektureingriff auf das Einspritzsystem eine Auswirkung auf die Verbrennungslage, und damit auf den maximalen Druckgradienten hat, sind die Regler in einer bevorzugten Ausführungsform zeitlich entkoppelt, wobei die Regelung für die Verbrennungslagen T1 bis T4 vorzugsweise deutlich schneller ausgelegt ist. Selbstverständlich können die Korrektureingriffe auf das Einspritzsystem in einer anderen Ausführungsform auch langsamer ausgeführt werden.
  • Dabei kann es geschehen, dass einer der zylinderindividuell ermittelten Korrekturwerte ΔTMI1 bis ΔTMI4, beispielsweise aufgrund von Alterungseffekten am Verbrennungsmotor, gleich dem oben schon erwähnten maximal möglichen Korrekturwert ΔTMImax für die Einspritzlage der Haupteinspritzung ist. Ab diesem maximal möglichen Korrekturwert ΔTMImax trägt eine Korrektur der Einspritzlage der Haupteinspritzung nicht mehr zur Stabilisierung des selbstzündenden Verbrennungsmotors bei.
  • Um ein weiteres Durchlaufen des hier beschriebenen Verfahrens dennoch zu ermöglichen, weist die Auswerteeinrichtung einen Sättigungsregler 134f auf, dessen vier Regler dazu ausgelegt sind, die Korrektur der Einspritzlage der Haupteinspritzung zumindest teilweise mittels einer Korrektur der Einspritzlage der Voreinspritzung zu gewährleisten.
  • Dazu werden die Korrekturwerte ΔTMI1 bis ΔTMI4 von dem maximal möglichen Korrekturwert ΔTMImax für die Einspritzlage der Haupteinspritzung abgezogen. Die auf diese Weise erhaltenen Differenzen D1 bis D4 werden an die Regler des Sättigungsreglers 134f der Auswerteeinrichtung ausgegeben, welche daraufhin unter Berücksichtigung der Differenzen D1 bis D4 die schon erwähnten Korrekturwerte ΔTPI1 bis ΔTPI4 ermitteln. Anschließend werden die Korrekturwerte ΔTPI1 bis ΔTPI4 mit der Ausgangs-Einspritzlage TPI0 für die Voreinspritzung addiert. Das Ergebnis sind die Betriebsgrößen TPI1 bis TPI4.
  • Der Stabilitätsregler 134e und der Sättigungsregler 134f sind vorteilhafte Ergänzungen zu einer Steuervorrichtung zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors. Selbstverständlich ist jedoch auch eine kostengünstige Ausführungsform der Steuervorrichtung ohne den Stabilitätsregler 134e und/oder den Sättigungsregler 134f möglich.
  • Abschließend sei noch erwähnt, dass die ermittelten Korrekturwerte ΔQ1 bis ΔQ4, ΔTMI1 bis ΔTMI4, ΔTPI1 bis ΔTPI4 und ΔEVC der verschiedenen Reglereingriffe auch betriebspunktabhängig abgespeichert und nachfolgend direkt als zylinderindividuelle Korrekturen bei der Steuerung des Verbrennungsmotors verwendet werden können. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Ursachen der Führungsgrößenabweichungen in Lebensdauereffekten zu suchen sind.
  • 7 zeigt ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Regelung einer Verbrennungslage und eines Verbrennungsgeräusches gemäß dem Verfahren der 6. Die Abszisse des Koordinatensystems ist eine Zeitachse t. Die Ordinaten des Koordinatensystems entsprechen Wertebereichen eines maximalen Druckgradienten, einer Gesamteinspritzmenge, einer Verbrennungslage und einer Einspritzlage einer Haupteinspritzung eines Verbrennungszyklus.
  • Zu einem Zeitpunkt t0 wird ein selbstzündende Verbrennungsmotor gestartet. Dazu werden einem Steuersystem des Verbrennungsmotors eine Ausgangs-Gesamtspritzmenge Q0 und eine Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für die Haupteinspritzung vorgegeben. Bis zu einer Zeit t1 werden die Ausgangs-Gesamteinspritzmenge Q0 und die Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für die Haupteinspritzung konstant eingehalten. Gleichzeitig werden an zwei Zylindern des Verbrennungsmotors die Verbrennungslagen T1 und T2 und die maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 für jeden Verbrennungszyklus in der Zeitspanne zwischen t0 und t1 ermittelt.
  • Wie anhand des Koordinatensystems zu erkennen ist, weichen die Verbrennungslagen T1 und T2 während der Zeitspanne zwischen t0 und t1 deutlich von einer vorgegebenen Soll-Verbrennungslage T0 ab. Auch die maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 entsprechen während dieser Zeitspanne nicht einem gewünschten maximalen Druckgradienten dpmax0.
  • Zum Zeitpunkt t1 wird das anhand der 6 schon erläuterte Verfahren gestartet. Dabei wird die Regelung der maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 deutlich langsamer ausgeführt als die Regelung der Verbrennungslagen T1 und T2, um die Quereinflüsse zwischen den maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 und den Verbrennungslagen T1 und T2 zu entkoppeln.
  • Bis zu einem Zeitpunkt t2 sind die zylinderindividuellen Einspritzlagen TMI1 und TMI2 für die Haupteinspritzung so korrigiert, dass die gewünschte Soll-Verbrennungslage T0 von den Verbrennungslagen T1 und T2 eingehalten wird. Auch die maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 sind bis zum Zeitpunkt t3 so eingestellt, dass sie keine signifikanten Abweichungen von dem gewünschten maximalen Druckgradienten dpmax0 mehr zeigen. Dabei sind in dem Zeitintervall zwischen den Zeiten t1 und t2 die Änderungen an den maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2 fast ausschließlich auf die Korrekturen der Gesamteinspritzmengen Q1 und Q2 zurückzuführen. Zu erkennen sind die Quereinflüsse der beiden Regeleingriffe auf die Verbrennungslagen T1 und T2 und die maximalen Druckgradienten dpmax1 und dpmax2. Die beiden Regeleingriffe können dabei durch Auswerten der Absolutwerte oder der Mittelwerte der verschiedenen Zylinder ausgeführt werden.
  • 8 zeigt ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Sättigungsregelung gemäß dem Verfahren der 6. Entsprechend dem oben schon beschriebenen Koordinatensystemen ist die Abszisse eine Zeitachse t. Die Ordinate entspricht den Wertebereichen einer Verbrennungslage, einer Einspritzlage einer Haupteinspritzung und einer Einspritzlage einer Voreinspritzung eines Verbrennungszyklus.
  • Zu einem Zeitpunkt t0 wird ein selbstzündender Verbrennungsmotor gestartet, indem an dessen Steuersystem eine Ausgangs-Einspritzlage TPI0 für die Voreinspritzung und eine Ausgangs-Einspritzlage TMI0 für die Haupteinspritzung bereitgestellt werden. Die Ausgangs-Einspritzlagen TPI0 und TMI0 werden bis zu einem Zeitpunkt t1 für einen Zylinder des Verbrennungsmotors fest eingehalten. Während des Zeitraums zwischen den Zeiten t0 und t1 weichen die als Verbrennungslage T1 des Zylinders bestimmten Werte signifikant von einer vorgegebnen Soll-Verbrennungslage T0 ab.
  • Ab dem Zeitpunkt t1 wird die Verbrennungslage T1 gemäß dem Verfahren der 6 mittels einer Korrektur der Einspritzlage TMI für die Haupteinspritzung geregelt. Dabei werden Werte für die Einspritzlage TMI ermittelt, welche außerhalb eines Schwellwerts ΔTMImax um die Ausgangs-Einspritzlage TMI0 der Haupteinspritzmenge liegen. Trotz der hohen Abweichungen der ermittelten Einspritzlage TMI von der Ausgangs-Einspritzlage TMI0 der Haupteinspritzmenge gelingt es nicht, die Verbrennungslage T1 auf die Soll-Verbrennungslage T0 einzustellen.
  • Um dennoch die Verbrennungslage T1 auf Werte nahe an der Soll-Verbrennungslage T0 zu korrigieren, wird ab dem Zeitpunkt t2 die Verbrennungslage T1 auch über einen Eingriff auf die Einspritzlage TPI der Voreinspritzung gemäß dem Verfahren der 6 korrigiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Einspritzlage TMI der Haupteinspritzung auf einen Wertebereich zu begrenzen, welcher innerhalb des Schwellwerts ΔTMImax um die Ausgangs- Einspritzlage TMI0 der Haupteinspritzmenge liegt und gleichzeitig die Verbrennungslage T1 auf Werte nahe der Soll-Verbrennungslage T0 zu korrigieren. Aufgrund des kombinierten Eingriffs auf die Einspritzlagen TMI1 und TPI1 der Haupteinspritzung und der Voreinspritzung, zeigt die Verbrennungslage T1 ab dem Zeitpunkt t3 keine signifikanten Abweichungen von der Soll-Verbrennungslage T0.
  • Als Alternative oder als Ergänzung zu dem Eingriff auf die Einspritzlagen TPI1 der Voreinspritzung kann auch das Verhältnis zwischen den Einspritzmengen der Haupteinspritzung und der Voreinspritzung variiert werden, um die Verbrennungslage T1 nahe der Soll-Verbrennungslage T0 einzupendeln.
  • 9 zeigt ein Koordinatensystem als Beispiel für eine Stabilitätsregelung einer Standardabweichungen der zylinderindividuellen Verbrennungslage gemäß dem Verfahren der 6. Als Abszisse weist das Koordinatensystem eine Zeitachse t auf. Die Ordinate des Koordinatensystems entspricht den Wertebereichen einer Standardabweichung und einer Abgasventilschließzeit.
  • Einem selbstzündenden Verbrennungsmotor wird ein Ausgangswert EVC0 für die Abgasventilschließzeit vorgegeben, bevor der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt t0 gestartet wird. Ab dem Zeitpunkt t0 wird der Ausgangswert für die Abgasventilschließzeit EVC0 fest eingehalten. Gleichzeitig wird aus den fortlaufend ermittelten Verbrennungslagen eines Zylinders des Verbrennungsmotors eine Standardabweichung ST1 für die Verbrennungslage des Zylinders berechnet.
  • Aufgrund von Umwelteinflüssen, Kraftstoffparametern (Beimischung von Äthanol) und/oder Alterungseffekten am Verbrennungsmotor nimmt die Standardabweichung ST1 der Verbrennungslage immer höhere Werte ein. Ab dem Zeitpunkt t1 überschreitet die Standardabweichung ST1 einen vorgegebenen Schwellwert S0. Um dies zu verhindern, wird die Abgasventilschließzeit EVC auf einen Wert eingestellt, bei welchem der Schwellwert S0 von der Standardabweichung ST1 der Verbrennungslage eingehalten wird. Ab einem Zeitpunkt t2 liegt die Standardabweichung ST1 der Verbrennungslage somit wieder an bzw. unter dem Schwellwert S0.
  • Bei der anhand der 9 erläuterten Stabilitätsregelung kann es sich um einen zylinderindividuellen Eingriff (bei einem vollvariablen Ventilsystem) oder um einen zylinderglobaler Eingriff (bei einem teilvariablen Ventilsystem) handeln. Der Eingriff des Stabilitätsreglers dient dabei zum Erreichen einer maximal zulässigen Standardabweichung für die Verbrennungslage.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004046086 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors (112) mit den Schritten: (a) Vorgeben einer Soll-Verbrennungslage (T0) und eines Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmals (dpmax0); (b) Betreiben mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors (112) für mindestens einen Zyklus unter Einhaltung einer vorgegebenen ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) und einer vorgegebenen zweiten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4); (c) Ermitteln einer IST-Verbrennungslage (T1 bis T4) und eines IST-Verbrennungsgeräuschmerkmals (dpmax1 bis dpmax4) des mindestens einen Zylinders; (d) Vergleichen der IST-Verbrennungslage (T1 bis T4) mit der Soll-Verbrennungslage (T0) und, falls die IST-Verbrennungslage (T1 bis T4) von der Soll-Verbrennungslage (T0) abweicht, Neubestimmen der ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4); (e) Vergleichen des IST-Verbrennungsgeräuschmerkmals (dpmax1 bis dpmax4) mit dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax0) und, falls das IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax1 bis dpmax4) von dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax0) abweicht, Neubestimmen der zweiten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax1 bis dpmax4) ein maximaler Druckgradient (dpmax1 bis dpmax4) in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors (112) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) eine Einspritzlage (TPI1 bis TPI4) einer Voreinspritzung und/oder eine Einspritzlage (TMI1 bis TMI4) einer Haupteinspritzung umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, mit den zusätzlichen Schritten: Vorgeben einer dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TPI1 bis TPI4); Zusätzliches Einhalten der dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TPI1 bis TPI4) in Schritt (b); Vergleichen der in Schritt (d) neubestimmten ersten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) mit einem vorgegebenen Wertebereich (ΔTMImax); und, falls die neubestimmte erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs (ΔTMImax) liegt, Neubestimmen der dritten Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TPI1 bis TPI4).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) die Einspritzlage (TMI1 bis TMI4) der Haupteinspritzung ist und die dritte Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TPI1 bis TPI4) die Einspritzlage (TPI1 bis TPI4) der Voreinspritzung und/oder ein Verhältnis aus einer Voreinspritzmenge und einer Haupteinspritzmenge umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4) die Voreinspritzmenge, die Haupteinspritzmenge und/oder eine Summe (Q1 bis Q4) aus der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den zusätzlichen Schritten: Vorgeben einer Abgasventilansteuergröße (EVC); Mehrmaliges Ausführen des Schritts (b) bei zusätzlichem Einhalten der Abgasventilansteuergröße (EVC) und des Schritts (c); Bestimmen mindestens einer Standardabweichung (ST1 bis ST4) aus den beim mehrmaligen Ausführen des Schritts (c) ermittelten IST-Verbrennungslagen (T1 bis T4); Vergleichen der mindestens einen bestimmten Standardabweichung (ST1 bis ST4) und/oder einer Summe aus den bestimmten Standardabweichungen (ST1 bis ST4) mit mindestens einem vorgegebenen Vergleichswert (S0); und, falls die mindestens eine bestimmte Standardabweichung (ST1 bis ST4) und/oder die Summe aus den bestimmten Standardabweichungen (ST1 bis ST4) von dem mindestens einen vorgegebenen Vergleichswert (S0) abweicht, Neubestimmen der Abgasventilansteuergröße (EVC).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Abgasventilansteuergröße (EVC) eine Abgasventilöffnungszeit, eine Abgasventilschließzeit (EVC), eine Abgasventilöffnungsdauer, eine interne Abgasmenge und/oder eine externe Abgasmenge umfasst.
  9. Steuervorrichtung (110) zum Betreiben eines selbstzündenden Verbrennungsmotors (112) mit einer Ausgabeeinrichtung (118), welche dazu ausgelegt ist, eine Soll-Verbrennungslage (T0), ein Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax0), eine erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) und eine zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4) vorzugeben; einer Injektor- und Luftventilsteuereinrichtung (122), welche dazu ausgelegt ist, einen Injektor (114) und/oder ein Luftventil (115) des selbstzündenden Verbrennungsmotors (112) so zu steuern, dass während eines Betreibens des Verbrennungsmotors (112) für mindestens einen Zylinder und mindestens einen Zyklus die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) und die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4) eingehalten werden; einer ersten Auswerteeinrichtung (132), welche dazu ausgelegt ist, eine von einem Sensor (116) bestimmte IST-Verbrennungslage (T1 bis T4) des mindestens einen Zylinders zu empfangen und mit der vorgegebenen Soll-Verbrennungslage (T0) zu vergleichen, und, falls die IST-Verbrennungslage (T1 bis T4) von der Soll- Verbrennungslage (T0) abweicht, die erste Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (TMI1 bis TMI4) neu zu bestimmen; und einer zweiten Auswerteeinrichtung (134), welche dazu ausgelegt ist, ein von dem Sensor (116) bestimmtes IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax1 bis dpmax4) des mindestens einen Zylinders zu empfangen und mit dem vorgegebenen Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax0) zu vergleichen, und, falls das IST-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax1 bis dpmax4) von dem Soll-Verbrennungsgeräuschmerkmal (dpmax0) abweicht, die zweite Injektor- und/oder Luftventilansteuergröße (Q1 bis Q4) neu zu bestimmen.
  10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der selbstzündende Verbrennungsmotor (112) ein Ottomotor ist.
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