DE102008002424A1

DE102008002424A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008002424A1
Application number: DE102008002424A
Authority: DE
Inventors: Mohamed Youssef; Michael Kessler; Haris Hamedovic; Axel Loeffler; Peter Skala; Wolfgang Tiebel; Michael Scheidt; Andreas Rupp; Armin Woite
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US20090164089A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem ein Verbrennungsmerkmal ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird das Verbrennungsmerkmal zylinderindividuell ermittelt, und in Abhängigkeit des Verbrennungsmerkmals werden eine oder mehrere Anwendungsfunktionen für den Betrieb der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Verbrennungsmerkmal ermittelt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein Computerprogramm für ein derartiges Steuergerät.
Es ist bereits bekannt, das indizierte Drehmoment einer Brennkraftmaschine zu ermitteln und in Abhängigkeit hiervon eine Steuerung der Brennkraftmaschine durchzuführen. Als indiziertes Drehmoment einer Brennkraftmaschine wird dasjenige Drehmoment verstanden, das eine verlustlose Brennkraftmaschine abgeben könnte. Ein für den Antrieb beispielsweise eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehendes Drehmoment einer realen Brennkraftmaschine entspricht daher dem indizierten Drehmoment abzüglich von einem die innere Reibung der Brennkraftmaschine repräsentierenden Moment und gegebenenfalls abzüglich von weiteren Lastmomenten, die von durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Aggregaten herrühren.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein entsprechendes Steuergerät und ein Computerprogramm für ein Steuergerät dahingehend zu verbessern, dass eine präzisere Steuerung der Brennkraftmaschine möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verbrennungsmerkmal zylinderindividuell ermittelt wird, und dass in Abhängigkeit des Verbrennungsmerkmals eine oder mehrere Anwendungsfunktionen für den Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
Die zylinderindividuelle Ermittlung des Verbrennungsmerkmals erlaubt eine besonders präzise Steuerung der Brennkraftmaschine im Rahmen der erfindungsgemäßen Anwendungsfunktionen. Insbesondere sind vorteilhaft auch einige Schutz- und Überwachungsfunktionen effizient realisierbar, die seither nur auf der Basis anderer Signale wie z. B. des Lambda-Signals realisiert werden konnten.
Das Verbrennungsmerkmal kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge in Abhängigkeit des Signals einer oder mehrerer Zylinderdrucksensoren ermittelt werden. Bevorzugt ist jedoch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, derzufolge das Verbrennungsmerkmal in Abhängigkeit einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei vorteilhaft auf den Einbau separater Zylinderdrucksensoren verzichtet werden kann.
Vorteilhaft ist, wenn als Verbrennungsmerkmal ein indiziertes Drehmoment oder eine Verbrennungslage oder ein maximales Drehmoment oder ein maximaler Gradient eines Drehmomentenverlaufs über ein Arbeitsspiel eines Zylinders ermittelt wird. Auf diese Weise lassen sich die Steuerung der Brennkraftmaschine und die Schutz- und Überwachungsfunktionen besonders einfach und wenig aufwändig in ihrer Präzision und Effizienz verbessern.
Eine erste sehr vorteilhafte erfindungsgemäße Anwendungsfunktion sieht vor, dass eine Momentenausgleichsregelung durchgeführt wird, bei der das indizierte Drehmoment mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine gleichgestellt wird.
Eine zylinderindividuelle Erkennung von Verbrennungsaussetzern repräsentiert eine weitere erfindungsgemäße Anwendungsfunktion, die durch die zylinderindividuelle Ermittlung des Verbrennungsmerkmals ermöglicht ist. Wird dabei das Verbrennungsmerkmal abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt, dann lässt sich die Erkennung von Verbrennungsaussetzern im kompletten Drehzahl-Lastbereich der Brennkraftmaschine ohne die Verwendung von Zylinderdrucksensoren zuverlässig durchführen.
Eine weitere ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht als Anwendungsfunktion eine zylinderindividuelle Momentenbegrenzung vor, die insbesondere bei einem positiven Injektordriftverhalten, das heißt einer Zu nahme der Kraftstoffeinspritzmenge bei konstanter Ansteuerdauer, vorteilhaft einsetzbar ist, um eine ordnungsgemäße Funktion der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
Die erfindungsgemäße Verwendung des zylinderindividuell ermittelten Verbrennungsmerkmals für eine Anwendungsfunktion, die eine Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments zum Gegenstand hat, stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens dar.
Generell kann einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge auch die Gemischbildung in Abhängigkeit von dem indizierten Drehmoment beeinflusst werden, z. B. im Sinne einer Mengenmittelwertadaption.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer beziehungsweise einer Recheneinheit eines Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits zum Beispiel in dem Steuergerät enthalten sein kann.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
2 ein Funktionsdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
3 ein Funktionsdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
4 ein Funktionsdiagramm einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
5 ein Funktionsdiagramm einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, und
6 ein Funktionsdiagramm einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird in an sich bekannter Weise durch das Steuergerät 20 gesteuert beziehungsweise geregelt.
Hierzu werden dem Steuergerät 20 nicht in 1 abgebildete Eingangsgrößen zugeführt. Diese Eingangsgrößen werden in dem Steuergerät 20 entsprechend darin vorgesehener Vorgaben verarbeitet, was zu Ansteuergrößen führt, die zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 10 beziehungsweise sie steuernder Stellglieder verwendet werden.
Die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 erforderlichen Abläufe werden in dem Steuergerät 20 beispielsweise durch ein auf einer Recheneinheit ablaufendes Computerprogramm koordiniert, das vorzugsweise auf einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verbrennungsmerkmal der Brennkraftmaschine 10 zylinderindividuell ermittelt und in Abhängigkeit des Verbrennungsmerkmals werden eine oder mehrere Anwendungsfunktionen für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt.
Obwohl die zylinderindividuelle Ermittlung des Verbrennungsmerkmals prinzipiell auch unter Verwendung von Zylinderdrucksensoren erfolgen kann, wird erfindungsgemäß bevorzugt eine Ermittlung des Verbrennungsmerkmals in Abhängigkeit allein der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 durchgeführt.
2 zeigt ein Funktionsdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, die eine Anwendungsfunktion realisiert, welche einer Momentenausgleichsregelung zwischen unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine 10 entspricht.
Hierbei wird beispielhaft von einer Brennkraftmaschine 10 mit vier Zylindern ausgegangen. Dementsprechend wird für die nachfolgende Beschreibung ein Zylinderindex i = 1, .., 4 verwendet.
Im folgenden wird beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass als Verbrennungsmerkmal das indizierte Drehmoment zylinderindividuell ermittelt wird.
Zunächst werden die zylinderindividuell ermittelten Istwerte M_ind_i_ist für das indizierte Drehmoment dem Mittelwertbildner 100 zugeführt. Der Mittelwertbildner 100 weist einen in 2 nicht näher bezeichneten Addierer auf, der die Istwerte M_ind_i_ist für das indizierte Drehmoment addiert. Die hierbei erhaltene Summe der indizierten Drehmomente der vier Zylinder der Brennkraftmaschine 10 wird anschließend durch die Zylinderanzahl, das heißt vorliegend vier, geteilt, wodurch am Ausgang des Mittelwertbildners 100 ein Mittelwert M_ind des indizierten Drehmoments über alle Zylinder erhalten wird.
Von diesem Mittelwert M_ind wird in dem Addierer 110 der Istwert M_ind_i_ist des indizierten Drehmoments für den aktuell betrachteten Zylinder i der Brennkraftmaschine 10 abgezogen, wodurch am Ausgang des Addierers 110 eine Regeldifferenz ΔM_ind_i erhalten wird. Diese Regeldifferenz ΔM_ind_i gibt die Abweichung des Istwerts des indizierten Drehmoments des aktuellen Zylinders i von dem über alle Zylinder i = 1, ..., 4 gemittelten Istwert M_ind für das indizierte Drehmoment an.
Die Regeldifferenz ΔM_ind_i wird dem einen Regler repräsentierenden Funktionsblock 120 zugeführt, der hieraus eine zylinderindividuelle Korrekturmenge Δq_korr_i für den betreffenden Zylinder i bildet und an seinem Ausgang wie aus 2 ersichtlich zur Verfügung stellt. Dem Regler 120 ist nachgeordnet ein Verzögerungsglied 130, das das Ausgangssignal Δq_korr_i des Reglers 120 um ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 10 verzögert, damit das Ausgangssignal Δq_korr_i zur Korrektur einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge des betrachteten Zylinders i in dem nächsten Arbeitsspiel zur Verfügung steht.
Die ausgangsseitig des Verzögerungsglieds 130 zur Verfügung stehende verzögerte Korrekturmenge wird in dem Addierer 140 zu einer Fahrerwunschmenge q_set an Kraftstoff hinzuaddiert, und die hieraus erhaltene Summe wird schließlich der Brennkraftmaschine 10 beziehungsweise entsprechenden Stellgliedern wie beispielsweise Injektoren zugeführt, die eine entsprechende Kraftstoffeinspritzung für einen zukünftigen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 10 bewirken.
Eine sich hieraus ergebende Drehzahl n_BKN der Brennkraftmaschine 10 wird, wie ebenfalls aus 2 ersichtlich, der Signalverarbeitung 150 zugeführt, die hieraus das erfindungsgemäß betrachtete zylinderindividuelle indizierte Drehmoment M_ind_i_ist bildet. Das auf diese Weise erhaltene zylinderindividuelle indizierte Drehmoment M_ind_i_ist wird schließlich dem Mittelwertbildner 100 sowie dem Addierer 110 zugeführt.
Einer vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge kann anstelle des Mittelwerts M_ind als Sollwert für den Regler 120 bzw. Addierer 110 auch ein Momentensollwert verwendet werden, der sich aus dem Fahrerwunschmoment ableitet, das beispielsweise in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung eines die Brennkraftmaschine 10 enthaltenden Kraftfahrzeugs gebildet wird.
Durch die präzise Zuordnung der erfindungsgemäß betrachteten indizierten Drehmomente M_ind_i_ist zu dem betreffenden Zylinder i ist vorteilhaft eine besonders einfache Applikation des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens möglich. Die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebene erfindungsgemäße Anwendungsfunktion ermöglicht eine präzise Momentenausgleichsregelung zwischen den verschiedenen Zylindern i der Brennkraftmaschine 10.
Eine weitere sehr vorteilhafte Anwendungsfunktion für die Brennkraftmaschine 10, die einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens entspricht, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben und hat eine zylinderindividuelle Momentenbegrenzung zum Gegenstand.
Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird aus einer Drehzahl n_BKM der Brennkraftmaschine 10 durch den die Signalverarbeitung 150 repräsentierenden Funktionsblock zunächst ein für den betrachteten Zylinder i individuell ermitteltes indiziertes Drehmoment M_ind_i_ist erhalten. Das betrachtete indizierte Drehmoment M_ind_i_ist wird dem Addierer 111 zugeführt, der eine Subtraktion dieses Werts von einem vorgebbaren Maximalwert M_ind_i_max für das zylinderindividuelle indizierte Drehmoment vornimmt. Der Maximalwert M_ind_i_max wird vorliegend beispielsweise durch eine Sollwertkennlinie 160 erhalten, dem eingangsseitig eine mittlere Drehzahl n_BKM_avg der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.
In dem dem Addierer 111 nachgeordneten Funktionsblock 112 wird eine Überprüfung daraufhin durchgeführt, ob der zylinderindividuelle Istwert M_ind_i_ist des betrachteten Zylinders i den durch das Sollwertekennfeld 160 vorgegebenen Maximalwert M_ind_i_max ü berschreitet bzw. ob die Differenz M_ind_i_max – M_ind_i_ist negativ ist. Wenn dies der Fall ist, wird dem nachgeordneten Regler 121 eingangsseitig als Regeldifferenz die in dem Addierer 111 gebildete Differenz zugeführt, die wiederum zur Bildung einer zylinderindividuellen Korrekturmenge Δq_korr_i in dem Regler 121 führt.
Andernfalls, das heißt, wenn der Istwert des indizierten Drehmoments M_ind_i_ist kleiner oder gleich dem Maximalwert M_ind_i_max ist, wird dem Regler 121 eingangseitig als Regeldifferenz der Wert 0 zugeführt, was der Tatsache entspricht, dass bei einem Unterschreiten des Maximalwerts M_ind_i_max für das indizierte Drehmoment zur Momentenbegrenzung kein weiterer Regeleingriff erforderlich ist.
Wie bereits unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschrieben, wird die von dem Regler 121 ausgangsseitig zur Verfügung gestellte Korrekturmenge Δq_korr_i über den Addierer 140 zu einer Fahrerwunschmenge q_set hinzuaddiert, und die sich hieraus ergebende Summe wird zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 10 verwendet.
Die von dem Regler 121 ausgangsseitig bereitgestellte Korrekturmenge Δq_korr_i kann analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 auch zunächst durch ein nicht in 3 abgebildetes Verzögerungsglied (vergleiche Bezugszeichen 130 aus 2) um ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 10 verzögert werden, bevor sie zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 10 dem Addierer 140 zugeführt wird.
Die vorstehend beschriebene Reglerstruktur 112, 121 stellt einen selbstablösenden Regler dar, weil eine nichtverschwindende Regeldifferenz nur dann zugeführt wird, wenn die vorstehend beschriebene Maximumsbedingung für das indizierte Drehmoment erfüllt ist.
Optional kann zusätzlich noch die in 3 abgebildete Korrekturkennlinie 170 verwendet werden, um den durch den Regler 121 durchgeführten Reglereingriff zu lernen. Hierbei wird der zu lernende Reglereingriff in einer drehzahlabhängigen zylinderindividuellen Korrekturkennlinie gespeichert, welche beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine 10 zu einer Initialisierung des Reglers 121 verwendet werden kann. Der Korrekturkennlinie 170 wird für den Lernvorgang einerseits die von dem Regler 121 gebildete Korrekturmenge Δq_korr_i zugeführt. Andererseits wird der Korrekturkennlinie 170 während des Normalbetriebs auch der Mittelwert n_BKM_avg der Drehzahl n_BKM der Brennkraftmaschine 10 zugeführt, woraus mittels der Korrekturkennlinie 170 ein entsprechender Initialisierungswert für den Regler 121 erhalten und diesem zugeführt wird, vgl. den Pfeil 171 in 3.
Alternativ kann die erlernte Korrekturkennlinie 170 während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine 10 direkt auf eine drehzahlabhängige Mengenbegrenzungskennlinie additiv aufgeschaltet werden, die in 3 nicht abgebildet ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Momenten- bzw. Mengenbegrenzung mit Hilfe der gegebenenfalls bereits vorhandenen drehzahlabhängigen Mengenbegrenzungskennlinie durchzuführen, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße Begrenzungsfunktion gemäß 3 beispielsweise aufgrund einer unzureichenden Signalgüte des Drehzahlsensorsignals n_BKM temporär nicht verwendbar ist.
Diese alternative Verwendung der Korrekturkennlinie 170 ist auch dann geboten, wenn eine die Mengenbegrenzung erfordernde Injektordrift oder andere die Kraftstoffzumessung beeinträchtigende Effekte sich so langsam entwickeln, dass ein dann erforderliches kontinuierliches Aktivieren der erfindungsgemäßen Funktion gemäß 3 z. B. aus Ressourcengründen nicht erwünscht ist.
Die erfindungsgemäße zylinderindividuelle Momentenbegrenzung bewirkt vorteilhaft eine Steigerung der Lebensdauer der Brennkraftmaschine 10 ohne deren Betrieb einzuschränken, weil gezielt die ansonsten möglicherweise überlasteten Komponenten des betreffenden Zylinders geschützt werden können.
Ein weiteres sehr vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der in 4 veranschaulichten Erfindungsvariante liegt eine Anwendungsfunktion basierend auf dem zylinderindividuell ermittelten indizierten Drehmoment zugrunde, die eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern zum Gegenstand hat.
Insgesamt sind gemäß 4 drei unterschiedliche Funktionszweige 210a, 210b, 210c vorgesehen, von denen jeder ein logisches Ausgangssignal liefert, das dem zentralen ODER-Glied 200 eingangsseitig zugeführt wird. Ein Wert von logisch „1" des betreffenden Ausgangssignals gibt hierbei an, dass der jeweilige Funktionszweig eine Auswertung der ihm zugeführten Eingangsdaten dahingehend vorgenommen hat, dass ein Verbrennungsaussetzer bei der Brennkraftmaschine 10 stattgefunden hat. Die Funktionszweige 210a, 210b, 210c können aufgrund der ODER-Verknüpfung durch das ODER-Glied 200 bereits dann eine Erkennung des Verbrennungsaussetzers signalisieren, wenn ein einziger Funktionsblock 210a, 210b, 210c anzeigt, dass ein Verbrennungsaussetzer vorliegt.
Ein dementsprechend von dem ODER-Glied 200 gebildetes Ausgangssignal wird wie aus 4 ersichtlich dem nachgeordneten UND-Glied 202 zugeführt, das eine UND-Verknüpfung mit einem weiteren Funktionsblock 212 realisiert.
Der weitere Funktionsblock 212 erhält als Eingangsgröße die Fahrerwunschmenge q_set und vergleicht diese in dem Funktionsblock 213 mit einer vorgebbaren Mindestmenge. Sofern die Fahrerwunschmenge q_set kleiner ist als die vorgebbare Mindestmenge, weist das Ausgangssignal des Funktionsblocks 212 ein Wert von logisch „0" auf, und das Ausgangssignal des UND-Glieds 202, das einen erfindungsgemäß erkannten Verbrennungsaussetzer anzeigt, weist somit ebenfalls den Wert logisch 0 auf. Das heißt, die durch die verschiedenen Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c realisierten Kriterien für eine Aussetzererkennung sind nur dann von Bedeutung, wenn gleichzeitig auch die Fahrerwunschmenge q_set größer als die vorgebbare Mindestmenge ist. In diesem Fall gibt der Funktionsblock 212 den Wert logisch „1" an das UND-Glied 202 aus. Andernfalls wird nicht auf einen Verbrennungsaussetzer erkannt.
Alternativ zu der in 4 abgebildeten Konfiguration kann auch nur ein einziger oder zwei oder auch mehrere der Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c vorgesehen sein.
Nachfolgend ist die Funktion der einzelnen Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
Der erste Funktionsblock 210a erhält als Eingangssignal das erfindungsgemäß betrachtete indizierte Drehmoment M_ind_i für einen betrachteten Zylinder i der Brennkraftmaschine 10.
Das indizierte Moment M_ind_i wird erfindungsgemäß einem differenzierenden Filter 211a zugeführt, der als Ausgangsgröße dementsprechend ein differenziertes indiziertes Drehmoment dM_ind_i liefert, dass in dem anschließenden Funktionsblock 211a' daraufhin überprüft wird, ob es größer ist als ein vorgebbarer negativer Schwellwert. Falls das Ausgangssignal dM_ind_i des differenzierenden Filters 211a kleiner als der Schwellwert ist, das heißt, falls der aktuell betrachtete Wert M_ind_i also deutlich kleiner ist als entsprechende Drehmomentwerte vorangegangener Arbeitsspiele, gibt der Funktionsblock 210a den Wert von logisch 1 aus, um einen Verbrennungsaussetzer zu signalisieren. Dieses Ausgangssignal wird wie bereits beschrieben zunächst dem zentralen ODER-Glied 200 zugeführt. Sofern die Auswertung des ebenfalls bereits zuvor beschriebenen Funktionsblocks 212 ergibt, dass die Fahrerwunschmenge q_set größer als die vorgebbare Mindestmenge ist, wird un ter Berücksichtigung des Werts logisch 1 von dem Funktionsblock 210a mittels der Logik-Glieder 200, 202 schließlich auf das tatsächliche Vorliegen eines Verbrennungsaussetzers in dem Zylinder i geschlossen.
Falls in dem Funktionsblock 210a die Überprüfung durch den Funktionsblock 211a' ergibt, dass das differenzierte indizierte Drehmoment dM_ind_i den vorgebbaren Schwellwert nicht unterschreitet, also keine wesentliche Verringerung des indizierten Drehmoments im Vergleich zu vorangehenden Arbeitsspielen eintritt, gibt der Funktionsblock 210a den Wert logisch 0 aus, um anzuzeigen, dass seiner Auswertung zufolge keine Anzeichen für einen Verbrennungsaussetzer vorliegen.
Der weitere Funktionsblock 210b sieht zunächst eine bereits unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschriebene Mittelwertbildung der den einzelnen Zylindern i zugeordneten indizierten Drehmomente M_ind_i vor. Die Mittelwertbildung wird auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 anhand einer vier Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine 10 beschrieben.
Über den Addierer 113 wird das Indizierte Drehmoment M_ind_i des aktuell betrachteten Zylinders i von dem Mittelwert M_ind abgezogen. Die sich hierbei ergebende Differenz, das heißt die auf das indizierte Drehmoment bezogene Abweichung zwischen dem Zylinder i und dem entsprechenden Mittelwert M_ind, wird der nachgeordneten Vergleicherlogik 114 zugeführt, die die Differenz auf das Unterschreiten einer vorgebbaren und möglicherweise betriebspunktabhängig gewählten Schwelle hin überprüft. Sofern die Differenz die vorgebbare Schwelle unterschreitet, wird das Ausgangssignal des Funktionsblocks 210b auf den Wert logisch 0 gesetzt, weil dann davon auszugehen ist, dass kein Verbrennungsaussetzer vorliegt. Sofern die Differenz die vorgebbare Schwelle jedoch überschreitet, das heißt, das aktuell betrachtete indizierte Drehmoment M_ind_i ist signifikant kleiner als der Mittelwert M_ind, wird erfindungsgemäß das Ausgangssignal des Funktionsblocks 210b auf den Wert logisch 1 gesetzt, um einen erkannten Verbrennungsaussetzer anzuzeigen.
Der dritte Funktionsblock 210c, der ausgangsseitig auf das zentrale ODER-Glied 200 wirkt, erhält als Eingangsgröße das indizierte Drehmoment M_ind_i des aktuell betrachteten Zylinders i der Brennkraftmaschine 10. Der Funktionsblock 210c vergleicht das indizierte Drehmoment M_ind_i mit einem vorgebbaren positiven, optional auch betriebspunktabhängig ausgelegten, Schwellwert. Sofern das indizierte Drehmoment M_ind_i diesen Schwellwert unterschreitet, nimmt das Ausgangssignal des Funktionsblocks 210c den Wert logisch 1 an und signalisiert damit wiederum einen erkannten Verbrennungsaussetzer. Falls jedoch das indizierte Drehmoment M_ind_i den Schwellwert überschreitet, nimmt das Ausgangssignal des Funktionsblocks 210c den Wert logisch 0 an. Die Auswertung des Funktionsblocks 210c realisiert demgemäß eine Plausibilitätsbetrachtung des Absolutbetrags des indizierten Drehmoments M_ind_i eines betreffenden Zylinders i.
Zusammenfassend gibt das UND-Glied 202 demnach ein Signal mit dem Wert logisch 1, das einem erkannten Verbrennungsaussetzer entspricht, an, wenn mindestens einer der vorstehenden Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c seinerseits einen Verbrennungsaussetzer signalisiert, und wenn gleichzeitig die Fahrerwunschmenge q_set einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, was – wie bereits beschrieben – durch den Funktionsblock 212 überprüft wird.
Durch die vorstehend beschriebenen Funktionsblöcke des Ausführungsbeispiels gemäß 4 kann unter Verwendung der zylinderindividuell ermittelten indizierten Drehmomente M_ind_i eine sehr präzise Erkennung von Verbrennungsaussetzern der Brennkraftmaschine 10 realisiert werden, wobei die Zuordnung des Aussetzers zu dem betreffenden Zylinder gegeben ist und somit insbesondere eine Werkstattdiagnose erleichtert wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach 4 kann statt des Verbrennungsmerkmals des indizierten Drehmomentes auch das Verbrennungsmerkmal der Verbrennungslage oder des maximalen Drehmomentes oder ein maximaler Gradient eines Drehmomentenverlaufs, vorzugsweise eines Differenzgasmomentenverlaufs, über ein Arbeitsspiel eines Zylinders zylinderindividuell ermittelt und in der beschriebenen Weise zur zylinderindividuellen Erkennung eines Verbrennungsaussetzers verwendet werden. Das jeweils verwendete Verbrennungsmerkmal kann dabei zylinderindividuell in dem Fachmann bspw. aus der DE 10 2006 056 708 A1 bekannten Weise aus der Drehzahl n_BKM der Brennkraftmaschine oder aus dem Zylinderdruck ermittelt werden. Das maximale Drehmoment stellt dabei das über ein Arbeitsspiel eines Zylinders ermittelte absolute Maximum des, vorzugsweise gefilterten, Differenzgasmomentenverlaufs für diesen Zylinder über der Zeit bzw. dem Kurbelwellenwinkel dar. Die Auswertung der Verbrennungsaussetzer erfolgt dabei in exakt der gleichen Weise wie für das indizierte Drehmoment, natürlich mit entsprechend angepassten Schwellwerten. Der maximale Gradient des, vorzugsweise gefilterten, Differenzgasmomentenverlaufs stellt dabei das über ein Arbeitsspiel eines Zylinders ermittelte absolute Maximum dieses Gradienten für diesen Zylinder über der Zeit bzw. dem Kurbelwellenwinkel dar. Die Auswertung der Verbrennungsaussetzer erfolgt dabei in exakt der gleichen Weise wie für das indizierte Drehmoment, natürlich mit entsprechend angepassten Schwellwerten.
Auch für die Wahl der Verbrennungslage als Verbrennungsmerkmal zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern können alle drei Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c in der zur Auswertung des indizierten Drehmomentes beschriebenen Weise unter Verwendung entsprechend angepasster Schwellwerte ausgewertet werden. Die Verbrennungslage ist dabei beispielsweise als derjenige Kurbelwellenwinkel definiert, bei dem ein vorgegebener Anteil, beispielsweise 50%, der gesamten Wärmemenge bei Verbrennung des Gas/Luftgemisches in dem jeweiligen Zylinder umgesetzt sind. Auch für die Verbrennungslage kann deren Gradient zylinderindividuell analog zu der für das indizierte Drehmoment beschriebenen Weise in Funktionsblock 210a ausgewertet werden. Die relative Verbrennungslage der einzelnen Zylinder zu einer mittleren Verbrennungslage kann analog zu der für das indizierte Drehmoment beschriebenen Weise in Funktionsblock 210b ausgewertet werden. Die absolute Verbrennungslage der einzelnen Zylinder kann analog zu der für das indizierte Drehmoment beschriebenen Weise in Funktionsblock 210c ausgewertet werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, bei dem die erfindungsgemäße Anwendungsfunktion eine Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments M_ind_i zum Gegenstand hat.
Hierzu wird das indizierte Drehmoment M_ind_i einem differenzierenden Filter 211a zugeführt, der an seinem Ausgang – wie bereits unter Bezugnahme auf 4 beschrieben – ein differenziertes indiziertes Drehmoment dM_ind_i bereitstellt. Ein dem differenzierenden Filter 211a nachgeordneter Funktionsblock 220 überprüft das differenzierte indizierte Drehmoment dM_ind_i daraufhin, ob es negativ ist, der aktuell betrachtete Wert M_ind_i demnach kleiner ist als entsprechende Drehmomentwerte von vorangehenden Arbeitsspielen. Sofern das differenzierte indizierte Drehmoment dM_ind_i in dem Funktionsblock 220 als nichtnegativ erkannt worden ist, wird es der nachgeordneten Berechnungseinheit 221 zugeführt. Andernfalls, das heißt, falls das differenzierte indizierte Drehmoment dM_ind_i negativ ist, wird der Berechnungseinheit 221 der Wert 0 zugeführt.
Eine weitere Eingangsgröße des in 5 abgebildeten Funktionsdiagramms bildet die Fahrerwunschmenge q_set, die durch den differenzierenden Filter 211b gefiltert wird, wodurch am Ausgang des differenzierenden Filters 211b die differenzierte Fahrerwunschmenge dq_set erhalten wird. Eine dem differenzierenden Filter 211b nachgeordnete Vergleicherlogik 222 überprüft anschließend, ob die differenzierte Fahrerwunschmenge dq_set größer ist als eine vorgebbare minimale Mengendifferenz. Wenn dies der Fall ist, wird die differenzierte Fahrerwunschmenge dq_set von der Vergleicherlogik 222 ausgegeben an die Berechnungseinheit 221. Andernfalls gibt die Vergleicherlogik 222 den Wert der minimalen Mengendifferenz an die Berechnungseinheit 221 weiter.
Die Berechnungseinheit 221 bildet nunmehr aus den ihr zugeführten Ausgangsgrößen der Vergleicherlogiken 220, 222 einen Ausgangswert, wobei hierzu vorliegend ein Quotient gebildet wird aus dem Ausgangswert der Vergleicherlogik 220 und dem Ausgangswert der Vergleicherlogik 222. Die der Berechnungseinheit 221 nachgeordnete Vergleicherlogik 223 überprüft anschließend, ob der durch die Berechnungseinheit 221 gebildete Quotient einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird erfindungsgemäß auf das Auftreten einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments M_ind_i geschlossen und ein logisches Ausgangssignal mit dem entsprechenden Wert von logisch 1 durch die Vergleicherlogik 223 ausgegeben.
Sofern jedoch der von der Berechnungseinheit 221 gebildete Quotient den vorgebbaren Schwellwert gemäß der Vergleicherlogik 223 nicht überschreitet, wird erfindungsgemäß nicht auf eine unbeabsichtigte Erhöhung des indizierten Drehmoments M_ind_i geschlossen und der Wert logisch 0 durch die Vergleicherlogik 223 ausgegeben.
Die erfindungsgemäße Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments basiert demnach auf der Überlegung, dass eine derartige unbeabsichtigte Erhöhung dann wahrscheinlich ist, wenn das differenzierte indizierte Drehmoment dM_ind_i positiv ist, sich demnach eine Zunahme des indizierten Drehmoments bezogen auf vorangehende Arbeitsspiele abzeichnet, während gleichzeitig eine hierzu unverhältnismäßige, z. B. wesentliche kleinere, zeitliche Änderung der Fahrerwunschmenge q_set auftritt.
Die erfindungsgemäß ermöglichte zylinderindividuelle Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments erleichtert ebenfalls insbesondere die Werkstattdiagnose.
6 zeigt ein Funktionsdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, bei der die erfindungsgemäße Anwendungsfunktion die Beeinflussung einer Gemischbildung für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 im Sinne einer Mengenmittelwertadaption zum Gegenstand hat.
Auch bei dieser Ausführungsform wird – unter Zugrundelegung einer Brennkraftmaschine 10 mit vier Zylindern – zunächst ein Mittelwert M_ind aus den den verschiedenen Zylindern zugeordneten indizierten Drehmomenten M_ind_i gebildet, der mittels des Addierers 115 von einem Sollwert M_ind_soll abgezogen wird, der seinerseits von einem entsprechenden Kennfeld 116 in Abhängigkeit einer durchschnittlichen Drehzahl n_BKM_avg und der Fahrerwunschmenge q_set gebildet wird.
Die durch den Addierer 115 ermittelte Regeldifferenz wird dem nachgeordneten Regler 122 zugeführt, der hieraus eine Korrekturgröße L_soll bildet, die zur Korrektur mindestens einer Stellgröße des Luftsystems der Brennkraftmaschine 10 verwendbar ist. Die Größe L_soll wird dementsprechend dem nachgeordneten Luftsystemregler 123 zugeführt, der hieraus beispielsweise eine Stellgröße für eine Abgasrückführung einer Drosselklappe oder dergleichen bildet, die schließlich zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 10 in der in 6 abgebildeten Weise geeignet ist.
Optional kann die Stellgröße L_soll auch einem Korrekturkennfeld 124 zugeführt werden, das für eine effiziente Initialisierung des Reglers 122 verwendbar ist. Das Korrekturkennfeld 124 ermittelt aus den ihm eingangsseitig zugeführten Parametern n_BKM_avg, q_set entsprechende Initialisierungswerte für den Regler 122.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens realisiert einen Reglereingriff auf die Luftsystemstellgrößen der Brennkraftmaschine 10, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis herstellen.
Alternativ zu dem Eingriff auf die Soll-Luftmasse L_soll kann beispielsweise auch direkt die Fahrerwunschmenge q_set in Abhängigkeit der durch den Addierer 115 gebildeten Regeldifferenz modifiziert werden.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens realisiert demnach eine Mengenmittelwertadaption, bei der ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einregelbar ist. Im Unterschied zu der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Korrekturkennfeld 124 gemäß 6 jedoch keine zylinderindividuellen Kennlinien auf, sondern hängt allein von den Eingangsgrößen n_BKM_avg, q_set ab.
Eine Kombination der erfindungsgemäßen Anwendungsfunktionen ist auch denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006056708 A1 [0063]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem ein Verbrennungsmerkmal ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsmerkmal zylinderindividuell ermittelt wird, und dass in Abhängigkeit des Verbrennungsmerkmals eine oder mehrere Anwendungsfunktionen für den Betrieb der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsmerkmal in Abhängigkeit einer Drehzahl (n_BKM) der Brennkraftmaschine (10) oder in Abhängigkeit des Signals eines oder mehrerer Zylinderdrucksensoren ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsmerkmal ein indiziertes Drehmoment (M_ind_i) oder eine Verbrennungslage oder ein maximales Drehmoment oder ein maximaler Gradient eines Drehmomentenverlaufs über ein Arbeitsspiel eines Zylinders ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anwendungsfunktion eine Momentenausgleichsregelung durchgeführt wird, um das indizierte Drehmoment (M_ind_i) mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine (10) gleichzustellen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anwendungsfunktion eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anwendungsfunktion eine zylinderindividuelle Momentenbegrenzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anwendungsfunktion eine Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten Drehmoments (M_ind_i) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anwendungsfunktion eine Gemischbildung in Abhängigkeit von dem indizierten Drehmoment (M_ind_i) beeinflusst wird.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 8 programmiert ist.
Steuergerät (20) für eine Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.