DE102008004362A1

DE102008004362A1 - Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors, Computerprogramm und Steuergerät

Info

Publication number: DE102008004362A1
Application number: DE200810004362
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fischer; Roland Karrelmeyer; Axel Loeffler; Gerald Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsvorgangs in einem Verbrennungsmotor (10), der zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar ist, wobei die Regelung eine modellgestützte prädiktive Regelung ist, die auf einem Modell des Verbrennungsvorgangs unter Berücksichtigung eines geplanten Stelleingriffs (EV) sowie mindestens eines Modellparameters (eta_MI, eta_PI) des Verbrennungsmotors beruht; und wobei der Modellparameter (eta_MI, eta_PI) bei Vorliegen mindestens einer vorbestimmten Bedingung zur Optimierung des Modells angepasst wird.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, der zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogramm sowie ein Steuergerät zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
Als vergleichsweise neue Entwicklung unter den Ottomotorischen Brennverfahren ist das HCCI-Verfahren (Homogeneous Charge Compression Ignition) bekannt, welches auch als CAI-Verfahren (Controlled Auto Ignition) bezeichnet wird. Dieses Verfahren zeichnet sich durch ein signifikantes Potential zur Kraftstoffeinsparung gegenüber dem herkömmlichen Fremdzündungsbetrieb aus.
CAI-Motoren arbeiten mit einem homogen (gleichmäßig) verteilten, mageren (λ > 1) Gemisch aus Kraftstoff und Luft. Die Zündung wird dabei durch die bei der Verdichtung steigende Temperatur und gegebenenfalls im Brennraum verbliebenen Radikale bzw. Zwischen- oder Vorprodukte der vorangegangenen Verbrennung ausgelöst. Anders als beim konventionellen Ottomotor ist diese Selbstzündung durchaus erwünscht und Grundlage des Prinzips, weshalb eine Zündkerze im CAI-Betrieb nicht benötigt wird. Außerhalb eines bestimmten Teillastbereiches wird eine Zündkerze benötigt.
Im CAI-Betrieb ist die Ladungszusammensetzung idealerweise so gleichmäßig, dass die Verbrennung im gesamten Brennraum gleichzeitig beginnt. Zur Herstellung eines stabilen CAI-Betriebs kann eine innere oder äußere Abgasrückführung bzw. Abgasrückhaltung eingesetzt werden. Durch die Abgasrückführung/-rückhaltung lässt sich in einem gewissen Umfang die Verbrennungslage kontrollieren.
Durch die CAI-Verbrennung ergibt sich eine vergleichsweise niedrige Verbrennungstemperatur bei sehr homogener Gemischbildung, was zu einer Vielzahl exothermer Zentren im Brennraum und somit zu einer sehr gleichmäßig und schnell ablaufenden Verbrennung führt. Schadstoffe wie NOx und Russpartikel lassen sich somit im Vergleich zum Schichtbetrieb fast vollständig vermeiden. Daher kann gegebenenfalls auf teuere Abgasnachbehandlungssysteme wie einen NOx-Speicherkatalysator verzichtet werden. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad im Vergleich zu einer fremdgezündeten Verbrennung erhöht.
In der Regel sind CAI-Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung und einem variablen Ventiltrieb ausgestattet, wobei zwischen vollvariablen und teilvariablen Ventiltrieben unterschieden wird. Ein Beispiel für vollvariablen Ventiltrieb ist EHVS (elektro-hydraulische Ventilsteuerung) und ein Beispiel für teilvariablen Ventiltrieb ist ein nockenwellengesteuerter Ventiltrieb mit 2-Punkt-Hub und Phasensteller.
In CAI-Motoren stellt die Regelung des dynamischen Motorbetriebs eine große Herausforderung dar. Unter „dynamischem Motorbetrieb" wird hierbei zum einen der Betriebsartenwechsel zwischen dem fremdzündenden Betriebsmodus (CAI-Modus) und dem selbstzündenden Betriebsmodus (SI-Modus; engl. „self ignition"), zum anderen aber auch Lastwechsel innerhalb des CAI-Modus verstanden. Veränderungen des Betriebspunkts im dynamischen Motorbetrieb sollten möglichst stetig in Bezug auf Moment- und Geräuschverhalten ablaufen, was sich aber aufgrund der im Folgenden beschriebenen Faktoren als schwierig gestaltet:
Im CAI-Betrieb fehlt ein direkter Trigger in Form einer Fremdzündung zur Einleitung der Verbrennung. Somit muss die Verbrennungslage durch eine sehr sorgfältig abgestimmte Steuerung des Einspritz- und Luftsystems zu jedem Zyklus eines dynamischen Übergangs gewährleistet werden.
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei Wechseln zwischen SI-Betrieb und CAI-Betrieb: Im SI-Betrieb ist die Restgasverträglichkeit vergleichsweise gering, so dass möglichst wenig Restgas im Zylinder zurückbehalten werden sollte. Im Gegensatz dazu erfordert der CAI-Betrieb aber gerade einen vergleichsweise großen Restgasanteil. Es ist somit nicht möglich, vor einem Wechsel vom SI-Betrieb zum CAI-Betrieb den Restgasanteil, gewissermaßen „vorbereitend", graduell anzuheben, und umgekehrt kann der Restgasanteil beim Wechsel vom CAI- zum SI-Betrieb nicht schon im Vorhinein abgesenkt werden, da dies zu einer erheblichen Störung des Brennverhaltens bis hin zu Aussetzern führen würde.
Der oben beschriebene Effekt bedingt ferner, dass bei einem mittels eines herkömmlichen linearen Reglers gesteuerten Übergang vom SI-Betrieb zum CAI-Betrieb in der Regel zu viel bzw. zu heißes Restgas für die ersten CAI-Zyklen zurückbehalten wird. Somit ergibt sich eine zu frühe, also zu laute bis klopfende Verbrennung. Dies bedingt wiederum, dass der Betriebsartenwechsel eine störende Geräuschentwicklung nach sich zieht.
Ähnliche Phänomene ergeben sich auch bei Lastwechseln innerhalb des CAI-Betriebs. Im Falle eines Sprungs von einem niedrigeren zu einem höheren Lastpunkt wird im ersten Zyklus nach dem Lastwechsel zu wenig bzw. zu kaltes Restgas zurückbehalten, was zu einer (im Vergleich zum Sollwert) zu späten Verbrennung bis hin zum Aussetzer führt. Im umgekehrten Fall eines Sprungs von einem höheren zu einem niedrigeren Lastwert erfolgt die Verbrennung dagegen zu früh und zu laut.
Es besteht somit ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Regelung des dynamischen Motorbetriebs von Motoren, die zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar sind.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Demgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsvorgangs in einem Verbrennungsmotor; der zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar ist,
wobei die Regelung eine modellgestützte prädiktive Regelung ist, die auf einem Modell des Verbrennungsvorgangs unter Berücksichtigung eines geplanten Stelleingriffs sowie mindestens eines Modellparameters des Verbrennungsvorgangs beruht; und
wobei der Modellparameter bei Vorliegen mindestens einer vorbestimmten Bedingung angepasst wird, um das Modell zu optimieren.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Verbrennungsvorgang eines Verbrennungsmotors mit Selbstzündung einer modellgestützten prädiktiven Regelung zu unterwerfen, wobei mindestens ein Modellparameter regelmäßig an geänderte Betriebsbedingungen angepasst bzw. adaptiert wird. Somit wird auch bei geänderten Betriebsbedinungen eine akkurate Modellierung und folglich eine genaue Regelung des Verbrennungsvorgangs gewährleistet, was beispielsweise zu einem niedrigeren Schadstoffausstoß führen kann. Unter Optimierung des Modells ist hierbei zu verstehen, dass der Modellparameter, welcher ein Merkmal des Verbrennungsvorgangs angibt, mit dem tatsächlichen Merkmal des Verbrennungsvorgangs nach der Anpassung besser übereinstimmt. Es sollte beachtet werden, dass der optimierte Modellparameter in der Regel nicht mit dem Modellausgang identisch ist, welcher ein Merkmal des Verbrennungsvorgangs prädiziert.
Zur Anpassung des Modellparameters kann eine Differenz zwischen einem gemessenen Merkmal des Verbrennungsvorgangs sowie einem entsprechenden durch das Modell vorhergesagten Merkmal des Verbrennungsvorgangs bestimmt werden, und diese Differenz einem Regler zugeführt werden, welcher einen Korrekturwert zur Korrektur des Modellparameters bestimmt. Somit wird der Modellpara meter einer Regelung auf Basis der Differenz zwischen Istwert und Sollwert einer Führungsgröße unterworfen, so dass eine schnelle Anpassung des Modellparameters ermöglicht wird.
Das gemessene Merkmal des Verbrennungsvorgang kann vor der Differenzbildung einer Tiefpassfilterung unterworfen wird. Somit werden statistische Schwankungen in den Messwerten kompensiert. Die Tiefpassfilterung kann beispielsweise mit einem PT1-Glied, einem PT2-Glied oder einem Moving Average Filter realisiert werden.
Unter Modellparameter werden hierbei insbesondere Parameter verstanden, welche, im Gegensatz zu Druck und Temperatur in der Brennkammer, in einem bestimmten Betriebspunkt konstant sind und sich nur über einen längeren Zeitraum gesehen, also z. B. aufgrund veränderter Umweltbedingungen oder Abnutzungserscheinungen, ändern. Der Modellparameter kann beispielsweise einen effektiver Wirkungsgrad der Verbrennung darstellen. Ferner kann er einen effektiver Wirkungsgrad für einen Teil des Verbrennungsprozesses, z. B. für die Hauptverbrennung oder die Vorverbrennung, darstellen. Der Wirkungsgrad der Verbrennung ist als Modellparameter besonders geeignet, da er nicht unmittelbar von messbaren Größen ableitbar ist, sich aber stark auf den Verlauf des Verbrennungsvorgangs auswirkt.
Neben der modellgestützten prädiktiven Regelung kann eine zweite Regelung oder eine Steuerung vorgesehen sein, die während der Anpassung des Modellparameters, an Stelle der modellgestützten prädiktiven Regelung, den Verbrennungsvorgang regelt bzw. steuert. Die zweite Regelung kann insbesondere eine nicht-prädiktive Regelung sein. Somit wird sichergestellt, dass die Anpassung des Modellparameters nicht aufgrund von Rückkopplungseffekten zu Instabilitäten führt.
Als Bedingung kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein stationärer Motorbetrieb vorliegt. Insbesondere bei Modellparametern, die betriebspunktabhängig sind, kann somit eine verlässliche Anpassung der Modellparameter gewährleistet werden.
Neben der Bedingung des stationären Motorbetriebs können weitere Bedingungen vorgesehen sein, die erfüllt sein müssen, bevor die Parameteradaption durchgeführt wird. So kann als weitere Bedingung eine periodisch eintretende Bedingung vorgesehen sein, so zum Beispiel, dass seit der letzten Anpassung des Modellparameters, der Verbrennungsmotor eine bestimmte Anzahl von Verbrennungszyklen durchlaufen hat, ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke zurückgelegt hat, und/oder eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Somit wird vermieden, dass die Parameteranpassung jedes Mal durchgeführt wird, wenn ein stationärer Motorbetrieb vorliegt.
Als weitere Bedingung kann ferner vorgesehen sein, dass sich mindestens eine bestimmte Umweltbedingung seit der letzten Parameteranpassung geändert hat. Somit kann eine Anpassung des Modellparameters an seit der letzten Parameteranpassung geänderte Umweltbedingungen erreicht werden.
Es ist aber auch möglich als weitere Bedingung vorzusehen, dass sich mindestens eine bestimmte Umweltbedingung seit der letzten Parameteranpassung nicht geändert hat. Somit kann verhindert werden, dass eine Anpassung der Modellparameter auf statistisch vergleichsweise seltene/extreme Umweltbedingungen durchgeführt wird. „Nicht geändert" kann dabei bedeuten, dass sich die Umweltbedingung um nicht mehr als eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzwert geändert hat. Dabei kann die Umweltbedingung insbesondere der atmosphärische Druck und/oder die Umgebungstemperatur sein, welche die Verbrennungsvorgang maßgeblich beeinflussen können.
Als weitere Bedingung kann ferner vorgesehen sein, dass ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug betankt wurde. Eine geänderte Kraftstoffqualität kann sich ebenfalls auf die Modellparameter auswirken. Falls die Parameteranpassung nach einer Betankung des Fahrzeugs durchgeführt wird, kann eine solche Änderung der Modellparameter erfasst werden.
Ferner wird ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln bereitgestellt, wobei die Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet sind, wenn das Computerprogramm mit einer programmgesteuerten Einrichtung, wie z. B. einem Steuergerät, ausgeführt wird.
Des weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln bereitgestellt, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einer programmgesteuerten Einrichtung, wie z. B. einem Steuergerät, ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät für einen Verbrennungsmotor ist zur Anwendung im oben beschriebenen Verfahren programmiert.
ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1A–1C veranschaulichen die Modellierung des prädizierten Verbrennungsschwerpunktes anhand von physikalischen Prozessparametern. Dabei zeigt 1A den Verlauf des Zylinderdrucks p in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ∅, 1B den Verlauf der Gasmasse m im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ∅, und 1C den Verlauf der Gastemperatur T im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ∅;
2 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor sowie ein Steuergerät zur Regelung desselben;
3 zeigt ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel für eine Implementierung eine prädiktiven Regelung im Motorsteuergerät darstellt;
4 zeigt schematisch eine Anordnung zur Anpassung von Modellparametern.
5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Anpassung der Modellparameter.
6 veranschaulicht den vom Steuergerät 20 ermittelten Verlauf der Zustandsgrößen Druck p (6A), Gasmasse (6B) und Temperatur (6C) mit und ohne Adaption der Modellparameter.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Steuergeräts anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei sind in allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ottomotors erläutert, der wahlweise bzw. betriebspunktabhängig im CAI-Betrieb und im SI-Betrieb betrieben werden kann. Sie ist aber allgemein anwendbar auf Motoren, die zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar sind, also beispielsweise auch auf Dieselmotoren.
Zur Regelung des Verbrennungsvorgangs wird zunächst der Sollwert eines Merkmals des Verbrennungsvorgangs ermittelt und dann als Führungsgröße einer prädiktiven Regelung zugeführt. Ausgangsseitig wird ein Stellwert bzw. ein Korrektureingriff in einen Stellwert ermittelt, mit welchem die Regelungsstrecke, also der Verbrennungsvorgang beeinflusst werden kann.
Als Stellgröße kommen alle einstellbaren Größen in Betracht, mit denen der Verbrennungsvorgang beeinflusst werden kann. Geeignete Stellwerte sind beispielsweise Variablen, die den Verlauf der Einspritzung angeben, wie z. B. den Beginn der Haupteinspritzung (SOI_MI), Kraftstoffaufteilung zwischen Vor- und Haupteinspritzung (q_PI/q_MI), oder auch Variablen, die die Luftzufuhr bestimmen, wie z. B. Kurbelwellenwinkel bei Öffnung des Auslassventils (EVO) oder Schließen des Auslassventils (EVC) oder Kurbelwellenwinkel bei Öffnung bzw. Schließen des Einlassventils (IVO bzw. IVC). Bei vollvariablem Ventiltrieb lassen sich die letztgenannten Stellgrößen bezüglich der Luftzufuhr zy liederindividuell und unabhängig voneinander einstellen. Bei teilvariablem Ventiltrieb stehen sie gegebenenfalls in einer vorbestimmten Beziehung zueinander und sind in der Regel auch nicht zylinderindividuell sondern nur global einstellbar. Im Folgenden werden Stellgrößen, die sich auf die Luftzufuhr beziehen (also EVO, EVC, IVO, IVC oder auch Verhältnisse dieser Größen untereinander) kollektiv als Stellgröße „EV" bezeichnet. Unter diesen Parameter ermöglichen insbesondere EVO und EVC einen Eingriff auf die zurückgehaltene Restgasmasse, wobei EVC den besten Durchgriff bietet. Es wird generell angenommen, dass sich der betreffende Eingriff von Zyklus zu Zyklus realisieren lässt.
Als Führungsgröße ist insbesondere der Verbrennungsschwerpunkt (MFB50; engl. „mass fraction burnt") geeignet, welcher den Kurbelwellenwinkel angibt, bei dem 50% der Verbrennungsenergie eines Verbrennungszyklus umgesetzt ist. Weitere mögliche Führungsgrößen sind das mittlere indizierte Moment, der indizierte Mitteldruck (pmi) oder der maximale Druckgradient im Zylinder (dp_max). Allerdings hat sich gezeigt, dass bei CAI-Motoren die Verbrennungslage eng mit der Geräuschentwicklung gekoppelt ist, wobei generell gilt, dass eine frühe Verbrennung zu einer hohen Geräuschentwicklung führt. Ferner treten gravierende Einbrüche des indizierten Moments nicht auf, falls die Verbrennung nicht zu spät abläuft oder aussetzt. Folglich wird in den folgenden Beispielen der Verbrennungsschwerpunkt MFB50 als Führungsgröße verwendet. Selbstverständlich lasst sich alternativ dazu auch die Angabe zu welchem Kurbelwellenwinkel ein bestimmter Prozentsatz (z. B. 30% oder 70%) der Verbrennungsenergie umgesetzt ist als Führungsgröße verwenden.
Im Folgenden wird beispielhaft ein Modell erläutert, welches der modellgestützten prädiktiven Regelung des Verbrennungsprozesses zugrunde liegen kann.
Physikalisches Modell
Ein physikalisches Modell des Verbrennungsvorgangs zieht physikalische Gesetzmäßigkeiten zur Modellierung heran. Hierbei werden, aus Gründen der Praktikabilität, bestimmte Annahmen getroffen und Vereinfachungen vorgenommen, wie z. B. dass Druck und Temperatur über das gesamte Zylindervolumen näherungsweise räumlich konstant sind. Daher wird ein solches Modell auch als „Grey-Box-Modell" bezeichnet.
Im vorliegenden Beispiel wird anhand eines physikalischen Modells des Verbrennungsvorgangs, der Verlauf verschiedener physikalischen Prozessparameter berechnet, um daraus den Verbrennungsschwerpunkt MFB50 im folgenden Verbrennungszyklus vorherzusagen. 1 veranschaulicht die Modellierung des prädizierten Verbrennungsschwerpunktes MFB50 anhand dieser physikalischen Prozessparameter. 1A zeigt den Verlauf des Zylinderdrucks p in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ∅. 1B zeigt den Verlauf der Gasmasse m im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbel- Wellenwinkel ∅. 1C zeigt den Verlauf der Gastemperatur T im Brennraum in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ∅. Die x-Achse in den Fign. 1A bis 1C zeigt den Kurbelwellenwinkel ∅. Ferner sind bestimmte Ereignisse durch senkrechte strichlierte Linien gekennzeichnet, nämlich Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventil (also EVO, EVC, IVO und IVC), sowie Start der Vor- und der Haupteinspritzung (SOI-PI und SOI-MI).
Im vorliegenden Beispiel werden nach Abschluss eines Verbrennungsvorgangs zu einem vorgegebenen ersten Kurbelwellenwinkel (z. B. 70° nach TDC) bestimmte physikalische Parameter der Verbrennung gemessen, z. B. der Zylinderdruck p, welcher mittels eines Druckmessers bestimmt werden kann. Prozessparameter, wie z. B. m(TDC + 70°) und T(TDC + 70°), welche nicht unmittelbar einer Messung zugänglich sind, wie z. B. die Gastemperatur T oder die Gasmasse m, werden aus den messbaren physikalischen Parameter, gegebenenfalls in Verbindung mit anderen abgespeicherten oder zuvor ermittelten Parameter, abgeleitet. Anhand dieser Anfangswerte p(TDC + 70°), m(TDC + 70°) und T(TDC + 70°) wird der Verlauf der einzelnen Parameter berechnet, wie in 1 dargestellt ist. Dabei werden physikalische Gesetzmäßigkeiten berücksichtigt, und zwar insbesondere das ideale Gasgesetz, das Gesetz der Energieerhaltung sowie das Kontinuitätsgesetz, also insbesondere das Gesetz der Masseerhaltung. Ferner werden die geplanten Stelleingriffe (EVO, EVC, usw.) berücksichtigt. Dies ist beispielsweise am Absinkender Gasmasse m zwischen EVO und EVC in 1B zu erkennen. Der Verlauf der Prozessparameter p, m und T wird bis zu einem vorgegebenen zweiten Kurbelwellenwinkel (z. B. 70° vor TDC) modelliert bzw. vorhergesagt. Aus den so berechneten Werten p(TDC – 70°), m(TDC – 70°) und T(TDC – 70°) kann dann beispielsweise mittels eines zuvor ermittelten und abgespeicherten Kennfeldes die Verbrennungslage MFB50 für den darauffolgenden Zyklus k + 1 bestimmt werden.
Während der Berechnung bzw. Simulation der Prozessparameter anhand der oben genannten Gesetzmäßigkeiten wird auf bestimmte Modellparameter oder -konstanten zurückgegriffen, welche nicht unmittelbar aus den gemessenen bzw. ermittelten Prozessparametern p, m und T ermittelt werden können, welche jedoch die Prozesssimulation, also den Verlauf der berechneten Prozessparameter, wesentlich beeinflussen. Ein solcher Modellparameter ist beispielsweise der Wirkungsgrad η (eta) der Verbrennung. Dabei kann bei einem Verbrennungsvorgang mit Vor- und Haupteinspritzung weiterhin zwischen dem Wirkungsgrad der Energiefreisetzung der Vorverbrennung eta_PI und dem Wirkungsgrad der Energiefreisetzung der Hauptverbrennung eta_MI unterschieden werden. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird dieser Modellparameter periodisch bzw. unter bestimmten Bedingungen angepasst, und somit eine Verbesserung der Modellgenauigkeit erreicht. Das physikalische Modell verwendet also neben den geplanten Stelleingriffen und den gemessene Prozessparametern auch Modellparameter, um ein bestimmtes Prozessmerkmal (z. B. MFB50) des folgenden Verbrennungszyklus vorherzusagen.
Das physikalische Modell kann mittels einer Modellinvertierung für eine prädiktive Regelung herangezogen werden. Hierbei wird ein Korrekturwert (z. B. ΔEV) anhand eines invertierten Streckenmodells ermittelt, also anhand einer Inversion des oben erläuterten physikalischen Modells errechnet. Dabei kann der Korrekturwert ΔEV bzw. die Stellgröße EV beispielsweise iterativ ermittelt werden. Dazu wird zunächst das oben beschriebene Modell für einen vorgegebenen Stellwert EV durchgerechnet und der prädizierte Verbrennungsschwerpunkt MFB50 bestimmt. Als nächstes wird der Stellwert EV variiert und der resultierende prädizierte Verbrennungsschwerpunkt MFB50 ermittelt. Der optimale Stellwert EV kann dann ermittelt werden, indem der Stellwert EV auf Basis des Stellwert-abhängig prädizierten Verbrennungsschwerpunkts MFB50 gezielt variiert wird, bis der prädizierte Verbrennungsschwerpunkt MFB50 nur noch minimal vom gewünschten Verbrennungsschwerpunkt MFB50 soll abweicht. Dabei kann auf bekannte mathematische Methoden zur iterativen Optimierung zurückgegriffen werden. Somit wird ein Korrekturwert ΔEV (bzw. ein Stellwert EV) bestimmt, welcher bei Anwendung auf den nächsten Verbrennungsvorgang zum prädizierten Verbrennungsschwerpunkt MFB50 führt.
Steuergerät und Regelung
2 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 sowie ein Steuergerät 20 zur Regelung desselben. Der Verbrennungsmotor 10 ist zumindest über einen Teillastbereich im CAI-Betrieb betreibbar. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Stellelemente 11, 12, 13 auf, nämlich beispielsweise einen Einspritzaktuator 11, mit welchem Kraftstoff in einen Brennraum des Motors eingespritzt werden kann, sowie ein Einlassventil 12 und in Auslassventil 13, mit welchen die Luftzufuhr zum Brennraum geregelt werden kann. Mittels der Stellelemente 11, 12, 13 kann der Verbrennungsvorgang im Brennraum gesteuert werden. Die Stellelemente 11, 12, 13 werden mit Ansteuersignalen Xinj, Xiv bzw. Xev beaufschlagt. Beispielsweise wird das Auslassventil 13 geöffnet wenn das Stellsignal Xev einen vorbestimmten ersten Wert annimmt und geschlossen wenn das Ansteuersignal Xev einen vorbestimmten zweiten Wert annimmt.
Ferner weist der Motor 10 mehrere Sensoren 14 auf (hier ist exemplarisch lediglich ein Sensor dargestellt), welche verschiedene Sensorsignale Xsensor, wie z. B. Kurbelwellenwinkel, Zylinderdruck, Lambdasignal, Frischluftmasse und -temperatur, an das Motorsteuergerät 20 liefern. Weiterhin ist ein Sensor 30 vorgesehen, welcher einen Fahrerwunsch (z. B. Niederdrücken des Gaspedals) ermittelt und als Fahrerwunschsignal bzw. Lastsignal Xaccel dem Steuergerät 20 zuführt.
Aus den zugeführten Sensorwerten Xsensor sowie dem Fahrerwunschsignal Xaccel ermittelt das Steuergerät 20 Stehgrößen EV und SOI auf Basis der nachfolgend erläuterten prädiktiven Regelung und wandelt diese Stehgrößen schließlich in die Ansteuersignale Xinj, Xev und Xiv um, mit welchen die Stellelemente 11, 12 und 13 beaufschlagt werden.
Es sollte beachtet werden, dass der Motor insbesondere als mehrzylindriger Motor ausgebildet sein kann, in welchem Falle zumindest eines oder auch sämtliche der Stellelemente 11, 12, 13 zylinderindividuell vorgesehen sind. Ferner sind die Ansteuersignale Xinj, Xiv und Xev der Einfachheit halber als vom Steuergerät 20 berechnet dargestellt. Es ist aber ebenso möglich, eine vom Steuergerät 20 separate Endstufe (nicht dargestellt) vorzusehen, welcher das Steuergerät 20 die Stehgrößen zuführt und welche anhand dieser Stehgrößen die Ansteuersignale Xinj, Xiv und Xev erzeugt.
3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel für eine Implementierung einer prädiktiven Regelung im Motorsteuergerät 20 zeigt. Das Motorsteuergerät 20 weist einen Speicher sowie eine programmgesteuerte Einrichtung (z. B. einen Mikrocomputer) auf, welche im Speicher gespeicherte Programme ausführt. Die einzelnen Blöcke im Motorsteuergerät 20 in 3 werden als strukturelle Elemente erläutert, sie können jedoch auch von der programmgesteuerten Einrichtung ausgeführte Programme, Programmteile oder Programmschritte darstellen. Die Pfeile repräsentieren den Informationsfluss und Signale.
Das Steuergerät 20 weist eine Regelungseinrichtung bzw. Regler 21, eine Merkmalsberechnungseinrichtung 22, Kennfelder 23 bis 26, einen Addierer 27 sowie einen Speicher 28 auf. Im vorliegenden Beispiel ermittelt die Regelungseinrichtung 21 einen Korrekturwert ΔEV, mit welchem ein Steuerwert EV_Steuer für die rückgehaltene/rückgesaugte Abgasmenge bzw. die Luftzufuhr korrigiert wird.
Die dabei zur Berechnung von ΔEV erforderlichen Parameter werden wie folgt ermittelt: Der Merkmalsberechnungseinrichtung 22 werden die Sensorsignale Xsensor zugeführt, welche wie oben erwähnt Informationen über den Kurbelwellenwinkel, den Zylinderdruck sowie andere Messwerte beinhalten. Aus diesen Messwerten ermittelt die Merkmalsberechnungseinrichtung 22 nicht unmittelbar messbare Prozessparameter, wie z. B. die (momentane mittlere) Drehzahl Xrev, welche aus dem Kurbelwellenwinkel ermittelt wird, und gibt die Drehzahl Xrev an Kennfelder 23 bis 26 aus. Ferner gibt die Merkmalsberechnungseinrichtung 22 den gemessenen Zylinderdruck bei 70 Grad Kurbelwelle nach ZOT (p_70_n_ZOT) an die Regelungseinrichtung 21 aus.
Den Kennfeldern 23 bis 26 wird der Fahrerwunsch Xaccel sowie die Drehzahl Xrev zugeführt. Mit dem Kennfeld 23 wird der Sollwert ΔMFB50_soll des Verbrennungsschwerpunkts ermittelt. Mit dem Kennfeld 24 wird der Stellwert g_PI/q_MI ermittelt, welcher das Verhältnis der Menge eingespritzten Kraftstoffes in der Voreinspritzung zur Menge der Haupteinspritzung angibt. Mit dem Kennfeld 25 wird der Stellwert SOI_MI ermittelt. Und mit dem Kennfeld 26 wird der Steuerwert EV steuer ermittelt. Die Werte MFB_soll, q_PI/q_MI, SOI_MI und EV_steuer werden dem Regler 21 zugeführt. Ferner wird der Wert EV_steuer auch dem Addierer 27 zugeführt.
Es sollte beachtet werden, dass auch weitere Stellwerte, wie zum Beispiel der Start der Voreinspritzung SOI_PI, die Kraftstoffmenge der Haupteinspritzung, oder weitere Stellwerte zur Luftzufuhr mit Kennfeldern ermittelt und dem Regler 21 zugeführt werden können, aber das vorliegende Beispiel beschränkt sich der Einfachheit halber auf die Zufuhr der Stellwerte EV_steuer, SOI_MI und q_PI/q_MI.
In einem Speicher 28 sind ferner Modellparameter wie z. B. der Wirkungsgrad der Hauptverbrennung eta_MI und der. Wirkungsgrad der Vorverbrennung eta_PI gespeichert und werden ebenfalls dem Regler 21 zugeführt.
Somit stehen der Regelungseinrichtung 21 sämtliche Werte zur in 1 dargestellten Modellierung und folglich zur oben beschriebenen iterativen Berechnung des Korrekturwerts ΔEV zur Verfügung. Der von der Regelungseinrichtung 21 berechnete. Korrekturwert ΔEV wird vom Addierer 27 mit dem Steuerwert EV_Steuer addiert und der resultierende Wert EV wird in ein entsprechendes Ansteuersignal umgewandelt, mit welchem das Stellelement 13 beaufschlagt wird.
Ein durch die oben beschriebene Regelung erzielter Vorteil ist, dass die prädiktive Regelung von Zyklus zu Zyklus eingreift und somit eine schnelle und akkurate Regelung für den dynamischen Betrieb, also bei Lastsprüngen oder Betriebsartumschaltungen ermöglicht.
Anpassung der Modellparameter
Da die dem physikalischen Modell zugrundeliegenden Modellparameter einer Messung nicht unmittelbar zugänglich sind, werden zunächst Annahmen diesbezüglich getroffen. Anders ausgedrückt werden die Modellparameter zunächst geschätzt. Die tatsächlichen Parameter des Prozesses können jedoch signifikant von den angenommenen Modellparametern abweichen. Dabei können, z. B. aufgrund von Bauteiltoleranzen, von Fahrzeug zur Fahrzeug unterschiedliche Abweichungen vorliegen. Ferner kann aufgrund von Alterungserscheinungen auch eine Änderung der tatsächlichen Parameter des Prozesses auftreten. Schließlich können die Parameter des Prozesses auf denen das Modell basiert auch von verschiedenen Umweltfaktoren abhängen. Bei solchen Abweichungen zwischen den Modellparametern und den tatsächlichen Parameter können sich Abweichungen der prädizierten Verbrennungslage und der tatsächlichen Verbrennungslage ergeben, die zu einer suboptimalen Regelung und somit beispielsweise zu einem höheren Schadstoffausstoß führen können. Um dem entgegenzuwirken, werden die Modellparameter gemäß dieser Ausführungsform regelmäßig angepasst.
4 zeigt schematisch eine Anordnung zur Anpassung der Modellparameter. 5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Anpassung der Modellparameter.
Ausgangspunkt des Verfahrens ist im vorliegenden Beispiel ein Zustand, in welchem sich der Motor im CAI-Betrieb befindet. In diesem Zustand wird der Motor mit der oben beschriebenen und in 3 dargestellten prädiktiven Regelung betrieben. Gleichzeitig überprüft das Steuergerät 20 ständig bzw. in regelmäßigen Abständen als erste Bedingungen, ob ein stationärer Motorbetrieb vorliegt (Schritt S10). Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sowohl die Drehzahl Xrev als auch die Last Xaccel für eine bestimmte Anzahl n von Verbrennungszyklen nicht mehr als eine vorbestimmte Abweichung ε_rev bzw. ε_accel von einem Anfangswert Xrev(start) bzw. Xaccel(start) abweichen. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies, dass die folgende Bedingung erfüllt ist:
Falls das Steuergerät in Schritt S10 feststellt, dass ein stationärer Motorbetrieb vorliegt, springt das Verfahren zu Schritt S20, anderenfalls kehrt es zurück zum Start bzw. zu Schritt S10.
In Schritt S20 prüft das Steuergerät das Vorliegen einer zweiten Bedingung. Im vorliegenden Beispiel ist die zweite Bedingung, dass das Fahrzeug seit der letzten Anpassung der Modellparameter eine vorbestimmte Strecke (z. B. 1000 km) zurückgelegt hat. Somit erfolgt die Anpassung der Modellparameter nicht jedes Mal wenn ein stationärer Motorbetrieb vorliegt, sondern lediglich in regelmäßigen Intervallen.
Falls das Steuergerät in Schritt S20 feststellt, dass auch die zweite Bedingungen erfüllt ist, dann springt das Verfahren zu Schritt S30, anderenfalls kehrt es zurück zum Start bzw. zu Schritt S10.
In Schritt S30 schaltet das Steuergerät die Regelung des Motors um von der prädiktiven Regelung mit dem Regler 21 auf eine nicht-prädiktive Regelung mit einer Regelungs- bzw. Steuereinrichtung 210. Diesem werden ebenfalls die Stellwerte EV_steuer, SOI_MI, q_PI/q_MI usw. zugeführt und er ermittelt daraus die an den Motor 10 im nächsten Zyklus angelegten Stelleingriffe. Ferner ist es auch möglich, die zuvor mit der prädiktiven Regelung ermittelten Stelleingriffe z. B. im Speicher 28 abzuspei chern und anhand dieser Stelleingriffe mit der Regelungs- bzw. Steuereinrichtung 210 eine Steuerung durchzuführen.
Im darauf folgenden Schritt S40 wird eine Anpassung der Modellparameter mittels einer Regelung durchgeführt. Die Merkmalsberechnungseinheit 22 empfängt die Sensorsignale Xsensor vom Motor 10 und ermittelt daraus den Druck p_SOI_MI im Brennraum beim Start der Haupteinspritzung sowie den Druck p_70_n_ZOT im Brennraum nach Abschluss der Hauptverbrennung, also bei einem Kurbelwellenwinkel 70° nach dem oberen Totpunkt.
Die von der Merkmalsberechnungseinheit 22 ausgegebenen Werte p_SOI_MI und p_70_n_ZOT werden von einer Filterung mittels Tiefpässen 230 und 231 unterworfen. Somit werden statistische Schwankungen im Drucksignal kompensiert. Solche Schwankungen können entstehen, da die Zündung nicht zu einem klar definierten Zeitpunkt erfolgt. Die Tiefpässe 230 und 231 können beispielsweise als PT1-Glied, als PT2-Glied oder auch als so genannter Moving Average Filter ausgelegt sein, welcher einen Durchschnittswert aus einer bestimmten Anzahl der zuletzt ermittelten Werte berechnet.
Gleichzeitig ermittelt der Regler 21 die Werte p_SOI_MI_pred und p_70_n_ZOT_pred welche für den Druck im Brennraum beim Start der Haupteinspritzung sowie den Druck im Brennraum nach Abschluss der Hauptverbrennung anhand des physikalischen Modells unter Berücksichtigung der aktuellen Modellparameter eta_MI und eta_PI sowie Korrekturwerten Δeta_MI und Δeta_PI (welche anfangs gleich Null sind) prädiziert werden. Ein Subtrahierer 240 zieht den prädizierten Wert p_SOI_MI_pred vom gefilterten Wert p_SOI_MI ab und führt die Differenz Δp_SOI_MI einem Regler 250 zu. Ein Subtrahierer 241 zieht den prädizierten Wert p_70_n_ZOT_pred vom gefilterten Wert p_70_n_ZOT ab und führt die Differenz Δp_SOI_MI einem Regler 251 zu.
Die Regler 250 und 251 bewirken eine Anpassung der Modellparameter eta_MI und eta_PI im Sinne einer Regelung, indem sie anhand der ihnen zugeführten Führungsgrößen die Korrekturwerte Δeta_MI und Δeta_PI für die Modeliparameter eta_MI und eta_PI und an den Regler 21 ausgeben. Im nächsten Zyklus (also das nächste mal wenn Schritt S40 durchgeführt wird) werden diese Korrekturwerte Δeta_MI und Δeta_PI verwendet, um die aktuellen (also die im Speicher 28 gespeicherten) Modellparameter eta_MI und eta_PI zu korrigieren. Das heißt, dass im nächsten Zyklus, die Summen eta_MI + Δeta_MI bzw. eta_PI + Δeta_PI als Modellparameter herangezogen werden, um die prädizierten Werte p_SOI_MI_pred und p_70_n_ZOT_pred zu ermitteln.
In Schritt S50 prüft das Steuergerät 20 nochmals, ob noch immer der gleiche stationäre Motorbetrieb wie in S10 ermittelt vorliegt. Falls das Steuergerät in Schritt S50 feststellt, dass dieser stationäre Motorbetrieb vorliegt, springt das Verfahren zu Schritt S60, anderenfalls kehrt es zurück zum Start bzw. zu Schritt S10. Somit wird sichergestellt, dass sich der Betriebszustand nicht während der Adaption ändert. Eine solche Änderung des Betriebszustands könnte nämlich zur Folge haben, dass die Modellparameter auf ungeeignete Werte gesetzt werden. Falls eine Änderung des Betriebszustands festgestellt wird, kehrt das Verfahren daher zum Anfang zurück, ohne die Adaption zu beenden und neue Modellparameter abzuspeichern.
In Schritt S60 prüft das Steuergerät 20, ob die Modellparameter auf einen näherungsweise konstanten Wert eingeregelt wurden, also ob die jeweiligen Abweichungen zwischen zwei aufeinanderfolgend ermittelten Korrekturwerten Δeta_MI bzw. Δeta_PI kleiner als eine minimale Abweichung ε_eta_MI bzw. ε_eta_PI ist, also ob die folgende Bedingung erfüllt ist:
Falls die Modellparameter auf einen näherungsweise konstanten Wert eingeregelt wurden, dann springt das Verfahren zu Schritt S70 und andernfalls zurück zu Schritt S40. Im letzteren Fall wird im darauffolgenden Zyklus die Regelung in Schritt S40 mit den um die Korrekturwerte korrigierten Modellparameter eta_MI bzw. eta_PI vorgenommen.
In Schritt S70 werden Modellparameter eta_MI bzw. eta_PI korrigiert, es wird also jeweils die Summe eta_MI + Δeta_MI bzw. eta_PI + Δeta_PI als neuer Modeliparameter eta_MI bzw. eta_PI im Speicher 28 abgespeichert.
Schließlich schaltet in Schritt S80 das Steuergerät die Regelung des Motors von der nicht-prädiktiven Regelung oder Steuerung mit der Regelungs- bzw. Steuereinrichtung 210 zurück auf die prädiktive Regelung mit dem Regler 21 und das Verfahren endet.
Da nunmehr die adaptierten Werte als neue Modellparameter eta_MI bzw. eta_PI, welche den tatsächlichen entsprechenden Wirkungsgraden näher kommen, im Speicher 28 gespeichert sind, ist das physikalische Modell somit optimiert worden. Insbesondere ermöglicht das so optimierte Modell eine genauere Prädiktion des Verbrennungsschwerpunktes MFB50, so dass eine genauere Regelung des Verbrennungsprozesses und folglich auch ein geringer Schadstoffausstoß erzielt werden können.
6 veranschaulicht den vom Steuergerät 20 ermittelten Verlauf der Zustandsgrößen Druck p (6A), Gasmasse (6B) und Temperatur (6C) mit und ohne Adaption der Modellparameter. Hierbei zeigen die durchgezogenen Linien den Verlauf der Zustandsgrößen mit adaptierten Modellpa rametern und die gestrichelten Linien den Verlauf der Zustandsgrößen ohne adaptierte Modellparameter. Wie in 6A erkennbar, wirkt sich die Adaption der Wirkungsgrade als Modellparameter kaum auf die Zustandsgröße Druck aus, sie wirkt sich jedoch ganz erheblich auf die beiden anderen Zustandsgrößen Gasmasse und Temperatur aus.
Als erste Bedingung wurde im oben beschriebenen Beispiel ein stationärer Motorbetrieb angenommen und als zweite Bedingung wurde eine bestimmte zurückgelegte Wegstrecke angenommen. Als zweite Bedingung können jedoch alternativ auch eine Reihe anderer Bedingungen angenommen werden.
Beispielsweise ist es möglich, also zweite Bedingung vorzusehen, dass sich bestimmte Umweltbedingungen, insbesondere die Außentemperatur und/oder der Luftdruck, dauerhaft, d. h. über einen längeren Zeitraum, verändert haben. Solche Änderungen der Umweltbedingungen führen zu einem veränderten Brennverhalten. Daher ist es möglich vorzusehen, dass das Steuergerät 20 in Schritt S20 die aktuellen Umweltbedingungen mit z. B. im Speicher 28 gespeicherten Referenzumweltbedingungen vergleicht und bei einer bestimmten Mindestabweichung die Adaption mit den Schritten S30 ff. durchführt.
Ferner ist es auch möglich vorzusehen, dass das Steuergerät 20 die Adaption gerade dann nicht durchführt, wenn die aktuellen Umweltbedingungen mehr als eine bestimmten Mindestabweichung von den gespeicherten Referenzumweltbedingungen abweichen. Die hierbei zugrunde liegende Überlegung ist die, dass Situationen vorliegen können, in welchen das Fahrzeug nur kurzfristig extremen Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Dies kann beispielsweise beim Überqueren eines Bergpasses oder auch bei extremen Wetterlagen der Fall sein. Die zuletzt genannte Bedingung verhindert, dass die unter solchen extremen Bedingungen ermittelten Werte für längere Zeit als Modellparameter der Regelung zugrunde gelegt werden. Letztendlich sollte eine Abstimmung zwischen der Frequenz, mit der die Modellparameter aktualisiert werden, und der Berücksichtigung der Umweltbedingungen vorgenommen werden. Ferner ist es auch möglich, das Steuergerät 20 eine statistische Auswertung der Umweltbedingungen vornehmen zu lassen, und als zweite Bedingung vorzusehen, dass die aktuellen Umweltbedingungen nicht zu stark von den statistisch als häufig ermittelten Umweltbedingungen abweichen.
Ein weiterer Faktor, der den Verbrennungsprozess beeinflussen kann, ist die Kraftstoffqualität, also beispielsweise der Ethanolgehalt im Kraftstoff oder die Oktanzahl des Kraftstoffs. Als zweite Bedingung kann daher auch vorgesehen werden, dass seit der letzten Parameteradaption ein Tankvorgang stattgefunden hat. Somit kann eine Änderung der Modellparameter aufgrund einer veränderten Kraftstoffqualität berücksichtigt werden. Zusätzlich ist es auch möglich, nach dem Tankvorgang eine Analyse des Kraftstoffs, z. B. auf Basis eines Kraftstoffsensors oder einer anderen Messung, durchzuführen und die Parameteradaption nur bei veränderter Kraftstoffzusammensetzung durchzuführen (um eine Änderung der Modellparameter zu berücksichtigen) oder nur bei gleicher Kraftstoffzusammensetzung durchzuführen (um den geänderten Kraftstoff als statistisch seltenen Sonderfall auszuschließen).
Ferner können auch mehrere dieser zweiten Bedingungen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Adaption durchzuführen unter der Bedingung, dass sich die Umweltbedingungen geändert haben oder ein Tankvorgang stattgefunden hat oder das Fahrzeug eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat.
Obwohl die obige Ausführungsform vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind verschiedene Merkmale der oben beschriebenen Ausgestaltungen miteinander kombinierbar.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurden die Modellparameter eta_MI und eta_PI adaptiert. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, lediglich einen dieser Modellparameter oder zusätzlich noch andere Modellparameter zu adaptieren.
Die oben beschriebene prädiktive Regelung kann für alle Zylinder gesammelt durchgeführt werden. In diesem Falle gelten das physikalische Modell und somit auch die ermittelten Modellpararneter für alle Zylinder. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, das physikalische Modell zylinderindividuell zu berechnen. In diesem Falle werden auch die Modellparameter individuell berechnet und für jeden Zylinder gesondert gespeichert. Dies ermöglicht es, unterschiedliche Bedingungen in den Zylindern, wie zum Beispiel unterschiedliche Wandtemparaturen, welche durch die unterschiedliche Lage der Zylinder bedingt sein können, über die ins Modell eingehenden Parameter zu berücksichtigen.
Weiterhin wird im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zunächst geprüft, ob ein stationärer Motorbetrieb vorliegt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, zunächst das Vorliegen der zweiten Bedingung zu prüfen. Die Reihenfolge der Schritte in 5 ist somit lediglich als exemplarisch anzusehen.
Ferner wurden im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Modellparameter eta_MI und eta_PI ermittelt, welche für alle Betriebspunkte gelten. Tatsächlich können aber Modellparameter wie z. B. der Wirkungsgrad leicht vom Betriebspunkt abhängen. Es ist daher auch möglich, Kennfelder vorzusehen, in welchen z. B. die Modellparameter eta_MI und eta_PI betriebspunktabhängig, also z. B. abhängig von Drehzahl und Last, abgespeichert sind, und die adaptierten Modellparameter jeweils nur die Modellparameter für den Betriebspunkt ersetzen, in welchem die Adaption stattgefunden hat. Es ist aber auch möglich, Änderungen in einem Betriebspunkt durch Interpolation oder dergleichen auch in benachbarten Betriebspunkten im Kennfeld zu berücksichtigen.
Ferner wurde in Bezug auf das physikalische Modell erläutert, dass die Schätzung des Verbrennungsschwerpunkts MFB50 bei einem Kurbelwellenwinkel von TDC – 70° stattfindet. Sie kann jedoch auch bereits früher, z. B. auf der Basis von Zwischenergebnissen (z. B. am GOT) und noch nicht verarbeiteten Stelleingriffen (z. B. SOI_MI) mittels entsprechend modifizierter Kennfelder durchgeführt werden.
Weiterhin wurde im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die modellgestützte prädiktive Regelung durch den Regler 21 während der Parameteradaption ausgesetzt und statt dessen eine nicht-prädiktive Regelung durch den Regler 210 durchgeführt. Somit wird gewährleistet, dass die Änderung der Modellparameter nicht aufgrund von Rückkopplungseffekten zu instabilen Zuständen führt. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, auch während der Parameteradaption die modellgestützte prädiktive Regelung mit dem Regler 21 fortzuführen. In diesem Falle sollte jedoch die Regelung mit den Reglern 250 und 251 so eingestellt werden, dass sich die Modellparameter nur sehr langsam ändern. Ferner ist es auch möglich, den Regler 210 als prädiktiven Regler auszulegen, welcher auf die im Speicher 28 gespeicherten Modellparameter zurückgreift, welcher also mit anderen Worten von der Regelung mit den Reglern 250 und 251 nicht beeinflusst wird.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden Drucksignale aus dem Brennraum als Führungsgrößen den Reglern 250 und 251 zugeführt. Es ist jedoch im Prinzip möglich, jegliche messbare Information über den Verbrennungsvorgang, also beispielsweise auch Merkmale auf Basis des Lambda-Signals, eines Ionenstrom-Signals, eines Körperschall-Signals oder ein Drehzahl-Signals, als Führungsgröße zu verwenden.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsvorgangs in einem Verbrennungsmotor (10), der zumindest in einem Teillastbereich in einem Betriebsmodus mit Selbstzündung betreibbar ist, wobei die Regelung eine modellgestützte prädiktive Regelung ist, die auf einem Modell des Verbrennungsvorgangs unter Berücksichtigung eines geplanten Stelleingriffs (EV) sowie mindestens eines Modellparameters (eta_MI, eta_PI) des Verbrennungsvorgangs beruht; und wobei der Modellparameter (eta_MI, eta_PI) bei Vorliegen mindestens einer vorbestimmten Bedingung angepasst wird, um das Modell zu optimieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Anpassung des Modellparameters (eta_MI, eta_PI) eine Differenz zwischen einem gemessenen Merkmal (p_SOI_MI, p_70_n_ZOI) des Verbrennungsvorgangs sowie einem entsprechenden durch das Modell vorhergesagten Merkmal (p_SOI_MI_pred, p_70_n_ZOI_pred) des Verbrennungsvorgangs bestimmt wird, und diese Differenz einem Regler (250, 251) zugeführt wird, welcher einen Korrekturwert (Δeta_MI, Δeta_PI) zur Korrektur des Modellparameters (eta_MI, eta_PI) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das gemessene Merkmal (p_SOI_MI, p_70_n_ZOI) des Verbrennungsvorgangs vor der Differenzbildung einer Tiefpassfilterung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Modellparameter (eta_MI, eta_PI) ein effektiver Wirkungsgrad der Verbrennung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei neben der modellgestützten prädiktiven Regelung eine zweite Regelung oder Steuerung vorgesehen ist, und während der Anpassung des Modellparameters (eta_MI, eta_PI) statt mit der modellgestützten prädiktiven Regelung der Verbrennungsvorgang mit der zweiten Regelung oder Steuerung geregelt bzw. gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Bedingung vorgesehen ist, dass ein stationärer Motorbetrieb vorliegt.
Verfahren nach einem Anspruch 6, wobei als weitere Bedingung eine periodisch eintretende Bedingung vorgesehen ist, insbesondere, dass seit der letzten Anpassung des Modellparameters (eta_MI, eta_PI), der Verbrennungsmotor (10) eine bestimmte Anzahl von Verbrennungszyklen durchlaufen hat, ein vom Verbrennungsmotor (10) angetriebenes Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke zurückgelegt hat, und/oder eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei als weitere Bedingung vorgesehen ist, dass sich mindestens eine bestimmte Umweltbedingung geändert hat.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei als weitere Bedingung vorgesehen ist, dass sich mindestens eine bestimmte Umweltbedingung nicht geändert hat.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Umweltbedingung der atmosphärische Druck und/oder die Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei als weitere Bedingung vorgesehen ist, dass ein vom Verbrennungsmotor (10) angetriebenes Fahrzeug betankt wurde.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, wobei die Programmcodemittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind, wenn das Computerprogramm mit einer programmgesteuerten Einrichtung ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einer programmgesteuerten Einrichtung ausgeführt wird.
Steuergerät (20) für einen Verbrennungsmotor (10), das zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 programmiert ist.