-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere das Sicherstellen
der Genauigkeit der für das Betreiben des Verbrennungsmotors
ermittelten Luftsystemgrößen.
-
Stand der Technik
-
Zur
Einhaltung der Emissionsgrenzwerte über die Lebensdauer
des Fahrzeuges muss gewährleistet werden, dass die Schwankungen
der Messwerte der emissionsrelevanten Sensoren sowie der Ausgangsgrößen
von emissionsrelevanten Aktoren des Verbrennungsmotors innerhalb
von spezifizierten Toleranzen bleiben. Von besonderer Bedeutung
sind die Sensorwerte und die Ausgangsgrößen von
Aktoren im Luft- und Einspritzsystem des Verbrennungsmotors.
-
Durch
Ausnutzung von vorhandenen Hardwareredundanzen sowie analytischer
Redundanz können die Toleranzen der Sensorwerte und der
Ausgangsgrößen der Aktoren des Luft- und Einspritzsystems
in gewissen Grenzen sichergestellt werden. Zum Beispiel können
Alterungs- und Verschleißeffekte, die zur Überschreitung
der Toleranzgrenzen führen, durch lernende oder regelnde
Funktionen kompensiert werden. Um kurzfristige Einflüsse
zu vermeiden, sind die Adaptionsfunktionen in ihrer Adaptionsgeschwindigkeit
und in ihrem Adaptionsbereich eingeschränkt, so dass die
Anpassung an den tatsächlichen Systemzustand nur allmählich
erfolgt.
-
Alternative
Ansätze, die z. B. durch den Einsatz von Brennraumdrucksensoren
ein deutlich schnelleres Lernen und Ausregeln der Toleranzen der
Sensoren und Aktoren des Verbrennungsmotors ermöglichen,
sind mit einem erhöhten Aufwand der Konstruktion durch
das Vorsehen der Zylinderdrucksensoren verbunden was zu erhöhten
Kosten führt.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, mit denen eine Abweichungsinformation über
eine Abweichung eines Sensorwertes oder einer Ausgangsgröße
eines Aktors in verbesserter Weise erkannt bzw. ausgeglichen werden
können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum bestimmen einer Abweichungsinformation
für eine Luftsystemgröße in einem Luftsystem
eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie
durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Abweichungsinformation für
eine Luftsystemgröße in einem Luftzuführungsabschnitt
eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei die Abweichungsinformation
eine Abweichung der Luftsystemgröße von einem
vorgegebenen Sollwert der Luftsystemgröße angibt.
Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen
eines Drehzahlsignals, das einen Verlauf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors angibt;
- – Ermitteln eines Gasdrehmomentenverlaufs abhängig
von dem Drehzahlsignal;
- – Extrahieren eines Merkmals des Gasdrehmomentenverlaufs,
wobei das Merkmal so ausgewählt ist, dass eine Abweichung
des Merkmals eindeutig einer Abweichung des Werts der Luftsystemgröße
zuordenbar ist;
- – Ermitteln der Abweichung des Merkmals von einem vorgegebenen
Referenzwert; und
- – Bereitstellen der von der Abweichung des Merkmals
abhängigen Abweichungsinformation.
-
Eine
Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, abhängig
von dem Gasdrehmomentenverlauf eine Luftsystemgröße
zu überprüfen und insbesondere festzustellen,
ob bei einem Sensorwert die tatsächliche durch den Sensorwert
zu repräsentierende Größe von dem Sensorwert
abweicht und bei einem Aktor die Stellung von der durch eine Ansteuerung
des Aktors vorgegebenen Stellung abweicht. Dazu wird aus dem Gasdrehmomentenverlauf
ein Merkmal extrahiert, dass sich in möglichst einfacher
Weise aus den Gasdrehmomentenverlauf extrahieren lässt
und eindeutig einer Luftsystemgröße zuordenbar
ist.
-
Weiterhin
kann der Referenzwert durch Extrahieren des Merkmals von einem Referenz-Gasdrehmomentenverlauf,
insbesondere aus einem Gasdrehmomentenverlauf eines neuen Verbrennungsmotors,
ermittelt werden.
-
Gemäß einer
Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor abhängig
von der Luftsystemgröße betrieben werden, wobei
die Abweichungsinformation eine Korrekturinformation umfasst, mit
der Werte der Luftsystemgröße beaufschlagt werden,
um den Verbrennungsmotor abhängig von den korrigierten
Werten der Luftsystemgröße zu betreiben.
-
Weiterhin
kann der Wert der Luftsystemgröße einem Messwert
eines Sensors oder einer Ausgangsgröße eines Aktors
im Luftzuführungsabschnitt des Verbrennungsmotors entsprechen.
-
Die
Luftsystemgröße kann dem von einem Luftmassenmesser
eingangsseitig des Luftzuführungsabschnittes gemessenen
Luftmassenstrom entsprechen und das Merkmal des Gasdrehmomentenverlaufs
kann einem Gasdrehmomentenwert an einem Kurbelwellenwinkel einer
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an einem lokalen Maximum entsprechen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor eine
Abgasrückführung aufweisen, wobei die Luftsystemgröße
einer Abgasrückführungsrate entspricht und das
Merkmal des Gasdrehmomentenverlaufs einem Gradien ten des Gasdrehmomentenverlaufs
an einem bestimmten Kurbelwellenwinkel entspricht.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abweichungsinformation
für eine Luftsystemgröße in einem Luftzuführungsabschnitt
eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei die Abweichungsinformation
eine Abweichung der Luftsystemgröße von einem
vorgegebenen Sollwert der Luftsystemgröße angibt.
Die Vorrichtung umfasst:
- – eine Erfassungseinrichtung
zum Bereitstellen eines Drehzahlsignals, das einen Verlauf einer Drehzahl
des Verbrennungsmotors angibt;
- – einen Berechnungsblock zum Ermitteln eines Gasdrehmomentenverlaufs
abhängig von dem Drehzahlsignal;
- – einen Merkmalsextraktionsblock zum Extrahieren eines
Merkmals des Gasdrehmomentenverlaufs, wobei das Merkmal so ausgewählt
ist, dass eine Abweichung des Merkmals eindeutig einer Abweichung
des Werts der Luftsystemgröße zuordenbar ist;
- – einen Detektionsblock zum Ermitteln der Abweichung
des Merkmals von einem vorgegebenen Referenzwert und zum Bereitstellen
der von der Abweichung des Merkmals abhängigen Abweichungsinformation.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit
ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor;
-
2 eine
schematische Darstellung der Funktion zur Erkennung und Kompensation
einer Abweichung einer Luftsystemgröße, insbesondere
des gemessenen Luftmassenstroms, die in dem Motorsteuergerät
der 1 realisiert ist;
-
3 ein
Diagramm zur Darstellung verschiedener Drehmomentenverläufe
bei Abweichung der Genauigkeit des Luftmassensensors zur Erfassung
des Luftmassenstroms in den Verbrennungsmotor; und
-
4 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Bestimmen einer
Abweichungsinformation.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
1 zeigt
ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2,
der von einem Motorsteuergerät 3 durch Ansteuersignale
AS angesteuert wird. Die Ansteuersignale AS werden in dem Motorsteuergerät 3 abhängig
von einer vorgegebenen Momentenanforderung MA generiert. Die Momentenanforderung MA
kann eine Angabe über einen Fahrerwunschmoment und Momentenanforderung
einzelner zuschaltbarer Komponenten, wie z. B. Lichtmaschine, Klimaanlage
und dergleichen, umfassen.
-
Der
Verbrennungsmotor 2 umfasst einen Luftzuführungsabschnitt 4 und
einen Abgasabführungsabschnitt 5. Über
den Luftzuführungsabschnitt 4 wird dem Verbrennungsmotor 2 Luft
zugeführt. Der Luftmassenstrom, der dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt
wird, wird über eine in dem Luftzuführungsabschnitt 4 angeordnete,
einstellbare Drosselklappe 6 gesteuert. Kraftstoff wird über
eine Einspritzdüse 7 in den Bereich des Luftzuführungsabschnittes 4 zwischen
der Drosselklappe 6 und dem Einlass in die einzelnen Zylinder 8 des
Verbrennungsmotors 2, das sogenannte Saugrohr 9,
eingespritzt, so dass sich dort ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet,
das zur Verbrennung den Zylindern 8 zugeführt
wird. Verbrennungsabgase aus den Zylindern 8 werden über
den Abgasabführungsabschnitt 5 abgeführt.
-
Der
Abgasabführungsabschnitt 5 ist mit einer Abgasrückführungsleitung 10 verbunden,
die den Abgasabführungsabschnitt 5 mit dem Saugrohr 9 verbindet.
In der Abgasrückführungsleitung 10 ist eine
Abgasrückführungsregelklappe 11 vorgesehen, um
die Höhe des rückgeführten Abgasstroms
gemäß einer gewünschten Abgasrückführungsrate
einstellen zu können. Die Abgasrückführungsrate entspricht einem
Verhältnis der Menge des durch die Abgasrückführungsleitung 10 rückgeführten
Abgases und der Menge der zugeführten Luft.
-
Das
Motorsteuergerät 3 stellt weiterhin mit Hilfe
der Ansteuersignale AS die Stellung der Drosselklappe 6 (Ausgangsgröße: Öffnungsposition
der Drosselklappe), die Stellung der Abgasrückführungsregelklappe 11 (Ausgangsgröße: Öffnungsposition der
Abgasrückführungsregelklappe 11), die
von der Einspritzdüse 7 einzuspritzende Kraftstoffmenge (Ausgangsgröße:
Einspritzmenge) sowie die Zündzeitpunkte der einzelnen
Zylinder 8 ein. Die Ansteuersignale AS werden abhängig
von der vorgegebenen Momentenanforderung MA, abhängig von
Sensorwerten eines Drehzahlsensors 12 als Erfassungseinrichtung
(bereitgestellt z. B. in Form eines Drehzahlsignals), der an einer
Antriebswelle 13 des Verbrennungsmotors 2 angeordnet
ist, und abhängig von einer Angabe über einen
Luftmassenstrom, der in den Luftzuführungsabschnitt 4 hineinströmt
und der mit Hilfe eines Luftmassenmessers 14 gemessen wird,
generiert. Im Luftzuführungsabschnitt 4 können auch
weitere Sensoren, wie zum Beispiel ein Drucksensor und ein Positionssensor
zum Überprüfen der tatsächlichen Stellungen
der Drosselklappe 6 bzw. der Abgasrückführungsregelklappe 11 vorgesehen sein.
-
Sensoren
können über ihre Lebensdauer ihr Sensorverhalten ändern,
so dass eine bestimmte Systemgröße zu unterschiedlichen
Zeitpunkten zu unterschiedlichen von dem Sensor bereitgestellten Messwerten
angezeigt wird. Im Motorsteuergerät 3 sind verschiedene
im Stand der Technik bekannte Maßnahmen realisiert, die
diese Schwankungen von Sensorwerten ausgleichen. Derartige Adaptionsverfahren
sind jedoch langsam, da sichergestellt werden muss, dass eine Adaption
eines an sich intakten und genauen Sensors nicht aufgrund einer
kurzfristigen von außen bewirkten Änderung des
Sensorverhaltens bzw. aufgrund einer temporären Störung
durchgeführt wird.
-
Weiterhin
ist es auch möglich, dass eine Ansteuerung eines Aktors
als Komponente, wie zum Beispiel der Drosselklappe 6, mit
einem bestimmten Ansteuersignal während der Lebensdauer
des Aktors verschiedenen Ausgangsgrößen des betreffenden Aktors,
wie z. B. zu verschiedenen Stellungen der Drosselklappe 6,
führen kann. Dadurch ergeben sich Abweichungen im Stellverhalten
zwischen der momentan bei einer bestimmten Ansteuerung vorliegenden
Ausgangsgröße und einer an einem Anfangszustand
bei der bestimmten Ansteue rung vorliegenden bzw. für ein
Referenzsystem bzw. Referenzkomponente vorgegebenen Bezugsgröße.
Die Bezugsgröße beschreibt also eine Ausgangsgröße
für einen Zustand der Komponente, bezüglich dem
eine Abweichung festgestellt werden soll.
-
Um
solche Abweichungen zu erkennen, ist nun vorgesehen, eine Abweichung
eines Merkmals eines Gasdrehmomentenverlaufs, das einer bestimmten
Messgröße eines Sensors oder einer Ausgangsgröße
eines Aktors eindeutig zuordenbar ist, für die Erkennung
einer Abweichung einer Luftsystemgröße bzw. zur
Kompensation einer Abweichung eines Stellverhaltens einer Komponente
im Luftsystem zu verwenden.
-
In 2 ist
eine schematische Funktionsdarstellung des Verfahrens zur Erkennung
einer Abweichung einer Messgröße eines Sensors,
insbesondere des von dem Luftmassenmesser 14 gemessenen Luftmassenstroms
dargestellt. Weiterhin zeigt 4 ein Flussdiagramm
zur Veranschaulichung des durchgeführten Verfahrens.
-
Zunächst
wird mit Hilfe des Drehzahlsensors 12 das Drehzahlsignal
erfasst (Schritt S1) und einem Berechnungsblock 21 zugeführt.
-
Der
Berechnungsblock
21 ermittelt aus dem Drehzahlsignal in
an sich z. B. aus den Druckschriften
DE 10 2006 056 708 A1 und
DE 10 2007 022 224 A1 bekannter
Weise den Gasdrehmomentenverlauf (Schritt S2), indem aus dem Drehzahlsignal
die Winkelgeschwindigkeit einer nicht-linearen Transformation unterworfen
wird, welche den Einfluss der oszillierenden Massen des Verbrennungsmotors
2 kompensiert
bzw. die von den oszillierenden Massen bewirkten Schwankungen des
Drehzahlsignals herausfiltert. Nach Differentiation der korrigierten,
der nicht-linearen Transformation unterworfenen Winkelgeschwindigkeit
nach der Zeit zum Bestimmen eines Drehzahlgradienten und nachfolgender
Multiplikation mit dem Gesamtrotationsträgheitsmoment der
Kurbelwelle erhält man einen Gasdrehmomentenverlauf, für
den in
3 beispielhaft drei Kennlinien dargestellt sind.
-
Der
Gasdrehmomentenverlauf wird in geeigneter Weise einem Merkmalsextraktionsblock 22 zugeführt,
der ein bestimmtes Merkmal aus dem so ermittelten Gasdrehmomentenverlauf
extrahiert (Schritt S3). Im oben genannten Beispiel der Überprüfung
einer Abweichung des Werts der Messgröße des Luftmassenmessers 14 zur
Bestimmung des Luftmassenstroms bei dem vorliegenden Systemzustand
kann beispielsweise die Abweichung des Gasdrehmomentenwerts an einem
bestimmten Kurbelwellenwinkel bzw. bei dem Kurbelwellenwinkel, bei dem
das Gasdrehmoment ein lokales Maximum aufweist, als Merkmal verwendet
werden.
-
Die
Abweichung kann basierend auf einer Differenz zu einem Anfangswert
des Gasdrehmoments bei dem betreffenden Kurbelwellenwinkel ermittelt
werden (Schritt S4). Der Anfangswert des bestimmten Merkmals kann
sich durch ein Bestimmen des Gasdrehmomentenverlaufs bei Inbetriebnahme des
Motorsystems ergeben oder es kann mit Hilfe von Messungen des Zylinderdrucks
ein Referenz-Gasdrehmomentenverlauf bei dem entsprechenden Betriebspunkt
(Systemzustand) ermittelt werden.
-
Der
Gasdrehmomentenverlauf reagiert auf Abweichungen des Messwerts des
Luftmassenstroms im Luftzuführungsabschnitt 4.
Eine Abweichung des Messwerts der Messgröße des
Luftmassenmessers 14 kann zu einer Abweichung der gemessenen
Frischluftmasse in den Zylindern bzw. der Luftfüllung von
der tatsächlichen führen, da die Abgasrückführungsrate
aufgrund einer entsprechenden Reaktion der Abgasrückführungssteuerung
oder -regelung an den abweichenden Messwert angepasst wird. Zur
Bestimmung der Abweichung ist ein Detektionsblock 23 vorgesehen.
Weicht die Frischluftmasse, die über den Einlass des Luftzuführungsabschnittes 4 angesaugt
wird, aufgrund eines fehlerhaften Messwertes des Luftmassenmessers 14 z.B.
aufgrund einer Alterung des Luftmassenmessers 14 ab, führt
dies in erster Näherung zu einem proportionalen Fehler
der Abgasrückführungsrate.
-
Das
extrahierte Merkmal entspricht für den Luftmassenstrom
als Messgröße dem Gasdrehmoment bei einem bestimmten
vorgegebenen Kurbelwellenwinkel. Der bestimmte vorgegebene Kurbelwellenwinkel
kann mit Hilfe eines Kennfelds oder einer Funktion betriebspunktabhängig
bestimmt werden. Alternativ kann der Kurbelwellenwinkel dem Kurbelwellenwinkel
des lokalen Maximums des Gasdrehmomentenverlaufs entsprechen.
-
Das
extrahierte Merkmal, d. h. der entsprechende Wert, wird dem Detektionsblock 23 zugeführt (Schritt
S5), in dem eine Abweichungsinformation bezüglich des extrahierten
Merkmals bestimmt wird. In dem Detektionsblock wird eine Abweichung
zwischen dem Wert des extrahierten Merkmals und einem Referenzwert
z. B. durch Subtraktion bestimmt, so dass die Abweichungsinformation
einer Differenz zwischen dem Wert des extrahierten Merkmals und dem
Referenzwert entspricht. Der Referenzwert entspricht dem entsprechenden
Merkmal, das basierend auf einem Referenz-Gasdrehmomentenverlauf
ermittelt worden ist bzw. das durch Messungen an einem neuen Motorsystem
bzw. einem Motorsystem zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme, d. h. zu
Beginn der Lebensdauer ermittelt worden ist.
-
Die
Abweichungsinformation wird einem Korrekturblock 24 zugeführt,
in dem die Messgröße bzw. die Ausgangsgröße
korrigiert wird (Schritt S6). Im Falle des gemessenen Luftmassenstroms
kann die Korrektur der Messgröße des Luftmassenstroms abhängig
von der Abweichungsinformation bezüglich des Gasdrehmoments
an dem bestimmten Kurbelwellenwinkel vorgenommen werden. So kann
zu der Messgröße des Luftmassenstroms die Abweichungsinformation
addiert oder die Messgröße des Luftmassenstroms
mit der Abweichungsinformation multipliziert werden. Die Abweichungsinformation
kann in geeigneter Weise zuvor mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet
werden.
-
Der
so erhaltene korrigierte Luftmassenstrom mHFM'
gibt nun die tatsächlich in den Verbrennungsmotor 2 strömende
Luftmasse an und wird bereitgestellt, um den Verbrennungsmotor 2 gemäß bekannter
Ansteuerverfahren anzusteuern.
-
In 3 sind
Gasdrehmomentenverläufe für verschiedene Luftmassenströme
dargestellt. Man erkennt, dass bei verschiedenen Luftmassenströmen verschiedene
Gasdrehmomentenverläufe vorliegen, wobei insbesondere erhebliche
Abweichungen an den Kurbelwellenwinkeln bei den lokalen Maxima des
Gasdrehmoments detektierbar sind.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann als weiteres Merkmal ein
Gradient des Gasdrehmomentenverlaufs nach dem Kurbelwellenwinkel
an einem bestimmten Kurbelwellenwinkel zur Überprüfung
der Abgasrückführungsrate verwendet werden. Der
Gradient des Gasdrehmomentenverlaufs wird dabei an ei nem bestimmten
Kurbelwellenwinkel ermittelt und eine Abweichung zu einem vorgegebenen
bzw. an einem Referenzmotor eingelernten Referenzwert für
den Gradienten an dem bestimmten Kurbelwellenwinkel ermittelt. Mit
Hilfe eines vorgegebenen Modells kann nun die Abweichung des Gradienten
des Gasdrehmomentenverlaufs einer Abweichungsinformation für
eine Abgasrückführungsrate an dem bestimmten Betriebspunkt
zugeordnet werden Weiterhin kann eine Korrektur der durch geeignete
Modelle im Motorsteuergerät ermittelten Abgasrückführungsrate
anhand der Abweichungsinformation für die Abgasrückführungsrate vorgenommen
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006056708
A1 [0032]
- - DE 102007022224 A1 [0032]