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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
bei dem ein Verbrennungsmerkmal ermittelt wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für
eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein Computerprogramm
für ein derartiges Steuergerät.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
erste sehr vorteilhafte erfindungsgemäße Anwendungsfunktion
sieht vor, dass eine Momentenausgleichsregelung durchgeführt
wird, bei der das indizierte Drehmoment mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine
gleichgestellt wird.
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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.
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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.
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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.
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Generell
kann einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge auch
die Gemischbildung in Abhängigkeit von dem indizierten
Drehmoment beeinflusst werden, z. B. im Sinne einer Mengenmittelwertadaption.
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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.
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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.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
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2 ein
Funktionsdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens,
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3 ein
Funktionsdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens,
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4 ein
Funktionsdiagramm einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens,
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5 ein
Funktionsdiagramm einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens, und
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6 ein
Funktionsdiagramm einer fünften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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2 zeigt
ein Funktionsdiagramm einer ersten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, die eine
Anwendungsfunktion realisiert, welche einer Momentenausgleichsregelung
zwischen unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine 10 entspricht.
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Hierbei
wird beispielhaft von einer Brennkraftmaschine 10 mit vier
Zylindern ausgegangen. Dementsprechend wird für die nachfolgende
Beschreibung ein Zylinderindex i = 1, .., 4 verwendet.
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Im
folgenden wird beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit
angenommen, dass als Verbrennungsmerkmal das indizierte Drehmoment
zylinderindividuell ermittelt wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alternativ
zu der in 4 abgebildeten Konfiguration
kann auch nur ein einziger oder zwei oder auch mehrere der Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c vorgesehen
sein.
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Nachfolgend
ist die Funktion der einzelnen Funktionsblöcke 210a, 210b, 210c unter
Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
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Der
erste Funktionsblock 210a erhält als Eingangssignal
das erfindungsgemäß betrachtete indizierte Drehmoment
M_ind_i für einen betrachteten Zylinder i der Brennkraftmaschine 10.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäß ermöglichte zylinderindividuelle
Erkennung einer unbeabsichtigten Erhöhung des indizierten
Drehmoments erleichtert ebenfalls insbesondere die Werkstattdiagnose.
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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.
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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.
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Die
durch den Addierer 115 ermittelte Regeldifferenz wird dem
nachgeordneten Regler 122 zugeführt, der hieraus
eine Korrekturgröße Lsoll bildet,
die zur Korrektur mindestens einer Stellgröße
des Luftsystems der Brennkraftmaschine 10 verwendbar ist. Die
Größe Lsoll 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.
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Optional
kann die Stellgröße Lsoll 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.
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Die
vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens realisiert einen Reglereingriff auf die Luftsystemstellgrößen
der Brennkraftmaschine 10, um ein gewünschtes
Luft-Kraftstoff-Verhältnis herstellen.
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Alternativ
zu dem Eingriff auf die Soll-Luftmasse Lsoll kann
beispielsweise auch direkt die Fahrerwunschmenge q_set in Abhängigkeit
der durch den Addierer 115 gebildeten Regeldifferenz modifiziert
werden.
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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.
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Eine
Kombination der erfindungsgemäßen Anwendungsfunktionen
ist auch denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006056708
A1 [0063]