DE102016202343A1

DE102016202343A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016202343A1
Application number: DE102016202343.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Uhl; Yves Zehmisch; Matthias Weinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-31
Also published as: CN107084065A; CN107084065B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die im Auslauf der Brennkraftmaschine sich ergebende Drehzahl (330) der Brennkraftmaschine mittels einer Trajektorienregelung (300) einer Zieldrehzahl (343) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Aus DE 10 2014 204 086 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen eine Luftdosiereinrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder eine variable Ventilverstellung, nach einer Stoppanforderung zunächst die der Brennkraftmaschine während des Auslaufs zugeführte Luftmenge reduziert. Dabei wird der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung so beeinflusst, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt. Dadurch kann das Auslaufverhalten kontrolliert werden und zudem festgelegt werden, welcher Zylinder der Brennkraftmaschine im Verdichtungstakt ist, wenn der Auslauf zu Ende ist und die Brennkraftmaschine in den Stillstand übergeht. Die Beeinflussung des Verlaufs der Drehzahl erfolgt durch ein Nebenaggregat, welches auf die Kurbelwelle direkt oder indirekt ein die Rotationsbewegung der Kurbelwelle abbremsendes oder beschleunigendes Drehmoment aufprägt, z.B. durch entsprechende Ansteuerung einer an die Kurbelwelle gekoppelten Hochdruck-Einspritzpumpe. Dadurch lässt sich ein Drehzahlgradient während des Auslaufs der Brennkraftmaschine auf einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlgradienten einstellen.
Die genannte Steuerung des Auslaufverhaltens ermöglicht insbesondere bei einem Hybridantrieb in einem zunächst reinen Elektromotorbetrieb, z.B. bei einer bestimmten Momentenanforderung, die Brennkraftmaschine ohne Bereitstellung eines externen Anschleppmoments anlasserlos zu starten.
Aus DE 10 2011 006 288 A1 geht ferner ein Verfahren zum anlasserlosen Starten einer Brennkraftmaschine hervor, bei dem ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine als während eines Kompressionstaktes dekomprimierbare Zylinder ausgebildet ist. Bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine wird eine Endlage einer Kurbelwelle eingestellt, in der sich ein komprimierbarer Zylinder in einem Kompressionstakt befindet. Bei Anforderung eines auf den Auslauf folgenden Startvorgangs der Brennkraftmaschine wird ein Luft-/Kraftstoffgemisch in einem Zylinder gezündet, der sich während des Stillstands in einem Verbrennungstakt befindet, um ein Drehmoment für den Wiederanlauf der Brennkraftmaschine zu erzeugen, wobei derjenige Zylinder, der sich in dem Kompressionstakt befindet, dekomprimiert wird.
Ein darauffolgender Wiederanlauf bzw. Start der Brennkraftmaschine erfolgt dabei von einer Winkelposition, an der die Kurbelwelle nach dem Auslauf zur Ruhe gekommen ist. Die Abstellposition, d.h. der Winkelabstand der Kurbelwelle zu einem nächsten Zünd-OT (ZOT), sowie der dabei betroffene Startzylinder, variieren aufgrund der bei der Stopp-Anforderung jeweils vorliegenden Motordrehzahl und der dadurch entsprechend unterschiedlichen kinetischen Energie. Die Abstellposition variiert zudem aufgrund von mechanischer Reibung von bewegten Maschinenteilen der Brennkraftmaschine sowie aufgrund der Einflussnahme von Nebenaggregaten, z.B. einem Klimakompressor oder einem Stromgenerator, und/oder der beim Auslauf jeweils angewendeten Abstellstrategie, z.B. der entsprechenden Ansteuerung einer genannten Drosselklappe, einer genannten Hochdruckpumpe und/oder einer Nockenwellenphasenlage.
Offenbarung der Erfindung
Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Hinblick auf einen nach erfolgtem Abstellen bzw. Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgenden Wiederanlauf der Brennkraftmaschine z.B. durch einen genannten in der DE 10 2011 006 288 A1 beschriebenen Dekompressionsdirektstart, liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine verbesserte Motorauslaufpositionierung der Kurbelwelle durch Vorgabe eines Rückdrehpunktes der Kurbelwelle einer hier betroffenen Brennkraftmaschine mittels einer Trajektorienregelung der Zieldrehzahl erreicht werden kann. Die bevorzugt auf den oberen Totpunkt mit Zündung (ZOT) bezogene Drehzahl im Auslauf der Brennkraftmaschine muss dabei möglichst präzise bekannt sein bzw. vorhergesagt werden können.
Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Trajektorienregelung wird eine prädizierte Drehzahl, die sich in einem letzten ZOT vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine ohne Korrektureingriffe ergeben würde, mit einer gewünschten Drehzahl in dem letzten ZOT, der sogenannten „Zieldrehzahl“, verglichen und die sich dabei ergebende Differenz als Regelabweichung gebildet und einer Regelung zugeführt. Diese Differenz beruht, wie nachfolgend noch eingehender beschrieben, bevorzugt auf Quadraten der Drehzahl und somit auf energetischer Basis.
Vor einer genannten Abstellposition der Kurbelwelle, in der die Kurbelwelle nach dem Auslauf der Brennkraftmaschine zur Ruhe gekommen ist, ist insbesondere der Rückdrehpunkt der Kurbelwelle von Bedeutung, d.h. der Wechsel der Rotationsrichtung der Kurbelwelle von vorwärts nach rückwärts im Motorauslauf, d.h. der Zeitpunkt, an dem die Kurbelwelle temporär die Drehzahl null aufweist. Denn um den Bereich des Rückdrehpunkts der Kurbelwelle herum können an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete, für den Auslass der Verbrennungsprodukte vorgesehene Auslassventile kurzzeitig öffnen, um nach der Drehrichtungsumkehr bis zur Abstellposition sofort wieder geschlossen zu werden, wodurch eine bezüglich der Masse und der Zusammensetzung undefinierte Luft in den jeweiligen, in der Expansionsphase befindlichen Zylinder gelangt. Diese Luft erschwert aufgrund ihrer Masse und den dadurch verursachten „Gasfedereffekt“ nicht nur eine präzise Positionierung der Abstellposition der Kurbelwelle bzw. macht diese sogar unmöglich, sondern gefährdet zudem aufgrund ihrer unbekannten Konsistenz und der möglicherweise zu hohen Restgasrate die bei einem erneuten Startwunsch erforderliche Entflammungssicherheit im jeweiligen Expansionszylinder.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, den Auslauf der Brennkraftmaschine bzw. den Motorauslauf durch eine geeignete, bevorzugt regelungsbasierte Ansteuerung wenigstens einer den Auslauf beeinflussenden Stellgröße der Brennkraftmaschine so zu verändern bzw. so zu beeinflussen, dass sich vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine möglichst derselbe Rückdrehpunkt der Kurbelwelle einstellt. Der Rückdrehpunkt wird dann bevorzugt so gewählt bzw. eingestellt, dass bei einer Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle die Auslassventile sich nicht kurzzeitig öffnen. Damit besteht dann auch keine Notwendigkeit mehr, eine variable Nockenwellenverstellvorrichtung an einem genannten Zylinderauslass vorzusehen, um im Bereich des Rückdrehpunkts der Kurbelwelle bei der genannten, vorübergehend vorliegenden Drehzahl null diese dann entsprechend ansteuern zu müssen.
Eine genannte Stellgröße kann von folgenden Stellvorrichtungen bereitgestellt werden, welche die ebenfalls nachfolgend genannten Wirkungen auf den Auslauf der Brennkraftmaschine bzw. die entsprechende Rotationsbewegung der Kurbelwelle haben:

– Eine in einem Ansaugtrakt bzw. entsprechendem Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe, welche sowohl eine bremsende als auch eine beschleunigende Wirkung haben kann;
– eine in einem Kraftstoffspeicher (z.B. „Common Rail“) angeordnete Hochdruckpumpe, welche im Wesentlichen nur eine bremsende Wirkung hat;
– eine kennfeldgesteuerte oder -geregelte Ölpumpe, welche bei einer erhöhten Förderleistung aufgrund der dadurch bewirkten Leistungsabnahme an der Kurbelwelle eine bremsende Wirkung auf den Auslauf der Kurbelwelle ausübt;
– eine generatorische Stellgröße, z.B. eine von einem bevorzugt über eine (intelligente) Schnittstelle zu einer Motorsteuerung steuerbaren Drehstromgenerator gelieferte generatorische Stellgröße, die nur eine bremsende Wirkung hat;
– eine elektromotorische Stellgröße, z.B. eine im Antriebsstrang („Powertrain“) der Brennkraftmaschine angeordnete Boost- und Rekuperations-Maschine (BRM), welche typischerweise einige Kilowatt an Energie motorisch liefert und im Wesentlichen nur eine beschleunigende Wirkung auf den Auslauf hat.

Bei der genannten Regelung des Rückdrehpunkts der Kurbelwelle kann ein Mehrgrößenregler eingesetzt werden, der aus zwei nichtlinearen P-Reglern für die von wenigstens zwei der genannten Stellvorrichtungen bereitgestellten, bevorzugt entgegengesetzte Wirkungen auf den Auslauf ausübende Stellgrößen, z.B. die von einer Hochdruckpumpe bereitgestellte Stellgröße „Raildruck“ und die von einer Drosselklappe bereitgestellte Stellgröße „Saugrohrdruck“, gebildet ist. Die Regelung führt dann geeignete Korrektureingriffe durch, um über die beiden genannten Stellgrößen die gewünschte Zieldrehzahl in dem letzten ZOT einzuregeln und dadurch bei jedem Auslauf der Brennkraftmaschine den gleichen Rückdrehpunkt zu erhalten.
Durch den erfindungsgemäß ermöglichten, immer übereinstimmenden Rückdrehpunkt der Kurbelwelle im Auslauf der Brennkraftmaschine kann bei einem genannten Dekompressionsdirektstart die notwendige Entflammungssicherheit im jeweils expandierenden Zylinder („Expansionszylinder“) sichergestellt werden, da die im Expansionszylinder befindliche Luftmasse nicht mehr durch ein genanntes kurzzeitiges Öffnen der Auslassventile verfälscht wird und damit infolge der zu hohen Restgasrate sogar zündunfähig werden kann. Zusätzlich können mit dem vorgeschlagenen Verfahren solche Rückdrehpunkte der Kurbelwelle gewählt bzw. angesteuert werden, welche bezüglich Vibrationen im Auslauf, d.h. komfortmäßig vorzuziehen sind und damit nur zu einem relativ geringen „Motorschütteln“ unmittelbar vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine führen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass der Rückdrehpunkt anhand der kinetischen Energie und/oder der potentiellen Energie der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle in einem zuletzt angefahrenen ZOT bestimmt wird. Dabei wird sich bevorzugt zunutze gemacht, dass es für jede (individuelle) Brennkraftmaschine einen charakteristischen Zusammenhang zwischen der kinetischen Energie der Kurbelwelle im letzten ZOT, welche im Wesentlichen durch die Drehzahl der Kurbelwelle bestimmt ist, sowie der potentiellen Energie im ZOT, welche durch den Druck im Brennraum des jeweils aktiven Zylinders und dem sich aufgrund dieser beiden Energiegrößen einstellenden Rückdrehpunkts bestimmt ist, gibt. Mittels dieses Zusammenhangs kann das erfindungsgemäße Erreichen eines geeigneten Rückdrehpunktes der Kurbelwelle durch ein Erreichen einer geeigneten Zieldrehzahl im letzten ZOT umgesetzt bzw. realisiert werden.
Die genannte kinetische Energie wird bevorzugt anhand der arithmetischen Differenz von Quadratwerten im Auslauf der Brennkraftmaschine auftretender, unterschiedlicher Drehzahlen bestimmt bzw. prädiziert. Denn die Differenz dieser Quadratwerte stellt ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase der Brennkraftmaschine dar. Dadurch können die beim Auslauf der Brennkraftmaschine resultierenden Drehzahlen zudem an empirisch vorgebbaren Kurbelwellenpositionen, z.B. bei 1440, ..., 720, 540, 360 und 180 °KW vor einem bestimmten ZOT anhand eines im Vorfeld bestimmten, typischen Auslaufverhaltens appliziert, adaptiert und/oder lediglich prädiziert werden. Für bekannte Verläufe des zeitlichen Auslaufverhaltens wird auf der Grundlage einer an einem zuletzt überschrittenen ZOT gemäß Drehzahlprädiktion zu erwartenden Schlussdrehzahl, z.B. 175 U/min (rpm), eine jeweils höhere bzw. zeitlich vorgelagerte Zieldrehzahl rückwärts berechnet, welche durch den genannten Abbau der kinetischen Energie automatisch zur Wunschdrehzahl führt.
Die genannten Verläufe des zeitlichen Auslaufverhaltens können beispielsweise durch folgende Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden:

a) Vorliegen eines konstanten Saugrohrdrucks;
b) Vorliegen konstanter Ansteuerzeiten zum Schließen der Einlassventile eines Zylinders;
c) Vorliegen konstanter Ansteuerzeiten zum Öffnen der Auslassventile eines Zylinders;
d) eine momentan nicht fördernde Hochdruckpumpe.

Die Vorgehensweise zur Drehzahlprädiktion bzw. -vorhersage beruht insbesondere auf dem technischen Effekt, dass der Energieabbau der kinetischen Energie und/oder der potentiellen Energie im Auslauf einer hier betroffenen Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist. Da das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine konstant ist und das Schleppmoment der Brennkraftmaschine sich während des Auslaufs meist nicht ändert, stellt die genannte Differenz der Drehzahlquadrate ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase dar. Dieses Energieabbaumaß ist insbesondere für genannte verschiedene Kurbelwellenwinkel (°KW) bzw. den Zündabstand von einem oberen Totpunkt (ZOT) oder einem Vielfachen davon konstant.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zuverlässige Vorausberechnung bzw. Vorhersage (Prädiktion) der in einem bevorstehenden Auslauf der Brennkraftmaschine sich ergebenden Drehzahl und damit letztlich auch der Abstellposition der Kurbelwelle (KW) der Brennkraftmaschine. Diese Abstellposition entspricht insbesondere einer solchen KW-Position bzw. einem Kurbelwellenwinkel, der sich im Auslauf der Brennkraftmaschine einstellt, wenn insbesondere kein drehzahlbeeinflussender Eingriff bzw. keine Auslaufformung erfolgt.
Bei einer Regelabweichung der Trajektorienregelung kann entweder ein die Drehzahl beschleunigender Eingriff oder ein die Drehzahl bremsender Eingriff erfolgen, wobei aufgrund einer in einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel auftretenden Unsymmetrie zwischen diesen Eingriffen bevorzugt statistisch mehr die Drehzahl beschleunigende Eingriffe als die Drehzahl bremsende Eingriffe durchgeführt werden.
Die Erfindung kann bei allen Brennkraftmaschinen (z.B. Otto-Motoren und Dieselmotoren) zur Anwendung kommen, bei denen über die genannte Beherrschung des Rückdrehpunkts der Kurbelwelle die Abstellposition der Kurbelwelle zu dem hierin beschriebenen Zweck, insbesondere zur Ermöglichung eines Start/Stopp-Betriebs, beeinflusst werden kann, d.h. nicht nur bei Brennkraftmaschinen mit der Möglichkeit eines genannten Dekompressionsdirektstarts.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in einem Start-/Stopp-Betrieb oder in einem Hybridbetrieb, zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch den Aufbau einer hier betroffenen, im Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine.
2 zeigt eine beispielhafte Kurve bzw. Kennlinie des Zusammenhangs zwischen dem Rückdrehpunkt einer Kurbelwelle vor einem ZOT und der bei einem Kurbelwellenwinkel von über 360° gemessenen Drehzahl in einem letzten ZOT vor einem Stillstand der Brennkraftmaschine.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Trajektorienregelung anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms.
4 zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Drehzahlprädiktion anhand eines Flussdiagramms.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des Drehzahlverlaufs sowie der Verläufe anderer, relevanter Betriebsgrößen über der Zeit in der Einheit [ms], und zwar kurz vor dem Rückdrehpunkt der Kurbelwelle.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand entsprechender Verläufe relevanter Betriebsgrößen gemäß 5.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt schematisch den Aufbau einer in DE 10 2014 204 086 A1 beschriebenen Brennkraftmaschine 10, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Diese Brennkraftmaschine 10 verfügt über einen Brennraum 20, dessen Volumen durch einen Kolben 30 begrenzt wird, der über eine Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 gekoppelt ist, und bei einer Rotation der Kurbelwelle in charakteristischer Weise eine Auf- und Ab-Bewegung durchführt. Ein Steuergerät (d. h. eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung) steuert in bekannter Weise verschiedene Stellglieder der Brennkraftmaschine 10 an, bspw. eine Drosselklappe 100, ein Einspritzventil 150, eine Zündkerze 120, und ggf. die Auf- und Abbewegung eines Einlassventils 160, das über einen ersten Nocken 180 mit einer Nockenwelle 190 verbunden ist, und/oder die Auf- und Ab-Bewegung eines Auslassventils 170, das über einen zweiten Nocken 182 an die Nockenwelle 190 gekoppelt ist. In der Brennkraftmaschine können in bekannter Art und Weise verschiedene Vorrichtungen zum Kontrollieren der Bewegung von Einlassventil 160 und/oder Auslassventil 170 vorgesehen sein, bspw. eine variable Nockenverstellung oder eine vollvariable, bspw. elektrohydraulische, Ventilverstellung.
Die Luft wird in bekannter Weise durch ein Ansaugrohr 80 angesaugt und durch ein Abgasrohr 90 ausgeschoben. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Einspritzventil 150 im Ansaugrohr 80. Es ist aber ebenso in bekannter Weise möglich, dass das Einspritzventil 150 unmittelbar in den Brennraum 20 einspritzt. Insbesondere, wenn das Einspritzventil 150 direkt in den Brennraum 20 einspritzt, kann eine Hochdruckpumpe vorgesehen sein, die Kraftstoff zum Einspritzventil 150 fördert, bspw. über ein Einspritzrail. Diese Hochdruck-Einspritzpumpe ist mit der Kurbelwelle 50 verbunden.
Die Kurbelwelle 50 ist über eine mechanische Kopplung 210 mit einer elektrischen Maschine 200 verbunden. Die elektrische Maschine 200 kann bspw. ein Generator sein, oder bspw. ein Starter-Generator. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine 200 ein konventioneller Starter ist und die mechanische Kopplung 210 in bekannter Weise einen Zahnkranz und ein Ritzel umfasst, mit dem der Starter eingespurt wird. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 220 kann vorgesehen sein, um die Winkelposition der Kurbelwelle 50 zu erfassen, und sie bspw. an das Steuergerät 70 zu übermitteln. Es ist bspw. aber auch möglich, dass die Winkelstellung ohne einen Kurbelwellenwinkelsensor 220, bspw. rechnerisch, ermittelt wird. Ebenso kann ein Kompressor einer Klimaanlage vorgesehen sein, der an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist (nicht dargestellt). Die Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe und/oder des Kompressors der Klimaanlage kann bspw. vom Steuergerät 70 durchgeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass eine Ölpumpe und/oder eine Kühlwasserpumpe an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist (nicht dargestellt).
2 zeigt den bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine im warmen Betriebszustand gemessenen Zusammenhang (Kennlinie) 250 zwischen dem Rückdrehpunkt der Kurbelwelle vor ZOT (y-Achse) und der Drehzahl im letzten ZOT vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine (x-Achse). Aus der 2 ist zu ersehen, dass im letzten ZOT eine Drehzahl 255 der Brennkraftmaschine von z.B. 260 U/min, die als winkelfehlerfreie Drehzahl bei einem Kurbelwellenwinkel von über 360 °KW ermittelt wurde, zu erreichen ist, um immer den gleichen Rückdrehpunkt („RDP“) 260 der Kurbelwelle von 45 °KW vor dem ZOT zu erhalten. Aufgrund des konstanten Energieabbaus der genannten kinetischen Energie und/oder der genannten potentiellen Energie im Auslauf der Brennkraftmaschine zwischen zwei ZOTs kann die Drehzahl im Auslauf in den jeweils nachfolgenden ZOTs unter den nachfolgend genannten Betriebsbedingungen besonders genau vorhergesagt bzw. prädiziert werden und dadurch ein genauer Drehzahlverlauf bzw. eine in den 5 und 6 gezeigte Drehzahltrajektorie gebildet werden. Die genannten Betriebsbedingungen entsprechen bevorzugt eine oder mehrere der nachfolgend genannten, im Auslauf der Brennkraftmaschine vorliegenden Bedingungen a)–d):

a) Vorliegen eines geregelten, konstanten Saugrohrdrucks von z.B. 650 mbar;
b) Vorliegen geregelter oder verriegelter, konstanter Ansteuerzeiten zum Schließen der Einlassventile eines Zylinders, z.B. ein Schließen eines jeweiligen Einlassventils bei 120 °KW vor ZOT;
c) Vorliegen geregelter oder verriegelter, konstanter Ansteuerzeiten zum Öffnen der Auslassventile eines Zylinders, z.B. ein Öffnen eines jeweiligen Auslassventils bei 148 °KW nach ZOT;
d) eine momentan nicht fördernde Hochdruckpumpe.

Die genannte Drehzahlprädiktions-Trajektorie kann bis zu 15 ZOTs umfassen, und zwar von einem Leerlaufniveau von z.B. 800 U/min bis hin zum Stillstand der Brennkraftmaschine. Die wie nachfolgend beschrieben, prädizierte Drehzahl im letzten ZOT, die sich ohne Korrektureingriffe ergeben würde, wird mit der gewünschten Drehzahl im letzten ZOT, der sogenannten „Zieldrehzahl“, verglichen und die sich dabei ergebende Differenz als Regelabweichung gebildet und einer nachfolgend anhand von 3 beschriebenen Regelung zugeführt. Diese Differenz beruht, wie ebenfalls nachfolgend beschrieben, auf Quadraten der Drehzahl und somit auf energetischer Basis.
Dabei wird in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Mehrgrößenregler 300 als sogenannte „Trajektorienregelung“ eingesetzt, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten, nichtlinearen P-Regler 305 für die von einer Hochdruckpumpe bereitgestellte Stellgröße „Raildruck“ und aus einem zweiten, ebenfalls nichtlinearen P-Regler 310 für die von einer Drosselklappe bereitgestellte Stellgröße „Saugrohrdruck“ gebildet ist. Die Regelung beruht auf dem genannten Prinzip, dass das Erreichen eines Wunsch-Rückdrehpunktes der Kurbelwelle das Einstellen bzw. Einregeln einer bestimmten Motordrehzahl im letzten ZOT erfordert, und führt dann geeignete Korrektureingriffe durch, um über diese beiden Stellgrößen die gewünschte Zieldrehzahl im letzten ZOT vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine, z.B. bei einer Drehzahl von 260 U/min, einzuregeln und dadurch in jedem Auslauf der Brennkraftmaschine den gleichen Rückdrehpunkt, z.B. 45 °KW vor dem dann nicht mehr erreichbaren ZOT, zu erhalten.
Der erste P-Regler 305 liefert in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Stellgröße 315 für den Raildruck und der zweite P-Regler 310 eine zweite Stellgröße 320 für den Saugrohrdruck. Auf der Basis dieser Stellgrößen 315, 320 erfolgt nun der schematisch dargestellte Motorauslauf 325, welcher erst bei Unterschreiten einer Leerlauf-Drehzahl von beispielsweise 800 U/min aktiviert wird. Aus der sich im Motorauslauf 325 aktuell ergebenden Drehzahl 330 wird mittels der im Voraus berechneten prädizierten Drehzahltrajektorie 335 ein Wert der prädizierten Ist-Drehzahl im letzten ZOT ermittelt und mit einer Soll-Drehzahl im letzten ZOT 343 subtraktiv verknüpft 340, um eine entsprechende Regelabweichung zu ergeben. Der aus der Verknüpfung 340 resultierende Drehzahlwert wird den beiden P-Reglern 305, 310 zugeführt. Anhand einer bereits in 2 gezeigten RDP-Kennlinie 350 wird vorher für einen gegebenen Sollwert bzw. Wunsch-Rückdrehpunkt (RDP) 345 der entsprechende, genannte Sollwert der Drehzahl 343 ermittelt.
Bei der anhand von 3 beschriebenen Zieldrehzahl-Trajektorienregelung ist zu berücksichtigen, dass die genannten beiden Stellgrößen unterschiedliche Auswirkungen auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine haben. So ermöglicht die Drosselklappe durch bekanntermaßen geeignete Verstellung sowohl eine Reduzierung des Saugrohrdrucks und damit eine die Drehzahl abbremsende Wirkung als auch eine Erhöhung des Saugrohrdrucks und damit eine die Drehzahl beschleunigende Wirkung. Demgegenüber ermöglicht die Hochdruckpumpe (aktiv) nur eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks und damit auch nur eine die Drehzahl abbremsende Wirkung.
Abhängig von der prädizierten Regelabweichung für den letzten ZOT ergeben sich somit die folgenden beiden verschiedenen Eingriffsszenarien:

1. Ein die Drehzahl (initial) beschleunigender Eingriff, der sich dann besonders eignet, wenn die vorliegende kinetische Energie zur Erreichung der gewünschten Zieldrehzahl nicht ausreicht, und
2. ein die Drehzahl (initial) bremsender Eingriff, der dann besonders geeignet ist, wenn die kinetische Energie für die gewünschte Zieldrehzahl zu groß ist.

Aufgrund der genannten „Unsymmetrie“ der beiden Stellgrößen, d.h. zwei bremsende Stellgrößen, aber nur eine beschleunigende Stellgröße, wird die Anwendung der beiden Eingriffsszenarien 1. und 2. so aufgeteilt, dass die Beschleunigungsszenarien gegenüber den Bremsszenarien statistisch überwiegen. Diese Aufteilung von Beschleunigungs- zu Bremsszenarien beträgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise 1/4 zu 3/4, so dass relativ seltener initial beschleunigt wird, jedoch relativ häufiger initial gebremst wird. Dieser beispielhaften Aufteilung entsprechend wirkt sich demnach ein beschleunigender Eingriff auf die in der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle gespeicherte kinetische Energie energetisch geringer aus als ein bremsender Eingriff.
Die beschriebene Zieldrehzahl-Trajektorienregelung wird in dem Ausführungsbeispiel dann aktiviert, wenn die Drehzahl einen Schwellenwert, vorliegend von 800 U/min, unterschreitet und somit eine Auslaufphase der Brennkraftmaschine vorliegt. Nach der Aktivierung werden dann, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben, die Drehzahlen in den nachfolgenden ZOTs prädiziert.
Im Folgenden wird eine genannte, prädiktive Drehzahlberechnung für zwei verschiedene Betriebssituationen (nachfolgend „Fall 1„ und „Fall 2“) einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine beschrieben. Wie bereits erwähnt, wird dabei angenommen, dass der genannte Energieabbau der kinetischen Energie im Auslauf einer hier betroffenen Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist. Da das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine konstant ist und das Schleppmoment der Brennkraftmaschine sich während des Auslaufs meist nicht oder nur sehr geringfügig ändert, stellt die genannte Differenz der Drehzahlquadrate ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase dar. Dieses Energieabbaumaß ist insbesondere für genannte verschiedene Kurbelwellenwinkel (°KW) bzw. den Zündabstand von einem oberen Totpunkt (ZOT) oder einem Vielfachen davon konstant.
Bei der prädiktiven Berechnung der Drehzahl wird bevorzugt ein Auswertewinkel zugrunde gelegt, der möglichst winkelfehlerfrei ist. Winkelfehlerfreie, d.h. nicht mit einem Winkelfehler behaftete Winkel werden nachfolgend mit α bezeichnet. Die Winkelfehlerfreiheit kann dadurch erreicht werden, dass als Winkelwerte immer nur solche zwischen übereinstimmenden Zähnen eines KW-Geberrades herangezogen werden, z.B. ein ZOT-Zahn 17 zu einem gleichlautenden ZOT-Zahn 17. Es ist hierbei anzumerken, dass die jeweiligen Winkel zwischen unterschiedlichen Zähnen des KW-Geberrades aufgrund von Fertigungstoleranzen beim Herstellungsprozess eines solchen Geberrades fehlerbehaftet sind. Die entsprechenden Winkelfehler können bis zu 5 % betragen. Die Drehzahlbildung erfolgt dabei bevorzugt an den jeweiligen oberen Totpunkten der Kurbelwelle, z.B. an den oberen Zündtotpunkten (ZOT).
Im Auslauf der Brennkraftmaschine ist der Energieabbau ∆E proportional zum Schleppmoment M_S der Brennkraftmaschine und dem Massenträgheitsmoment θ, d.h. es gelten die folgenden Zusammenhänge: ∆E = M_S·∆φ_ZA E₂ – E₁ = M_S·∆φ_ZA θ/2(ω₂ ² – ω₁ ²) = M_S·∆φ_ZA woraus wiederum folgt: ∆n² = n₂ ² – n₁ ² = 10/π·M_S/θ·∆φ_ZA bzw. durch einfache Umformung für den sogenannten Auslaufkoeffizient M_S/θ in der Einheit [Nm/kg^.m²]: M_S/θ = π/10·∆n²/∆φ_ZA
In diesen Gleichungen bedeuten die Größen M_S das Schleppmoment in der Einheit [Nm], ∆φ_ZA den Zündabstand in der Einheit [°KW], welcher bei einer vierzylindrige Brennkraftmaschine z.B. die bereits genannten 180 °KW beträgt, die Größe θ das Massenträgheitsmoment der am Auslauf beteiligten Massen der Brennkraftmaschine und n die Drehzahl der Brennkraftmaschine in der Einheit [U/min].
Bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine gibt es bei der Vorhersage der Drehzahl grundsätzlich zwei Möglichkeiten, nämlich die Prädiktion der Drehzahl beim Auslauf der Brennkraftmaschine zum (nachfolgenden) Zeitpunkt des Vorliegens von 180 °KW (Fall 1) oder zum Zeitpunkt des Vorliegens von 720 °KW (Fall 2). Der entsprechende Prädiktionswinkel wird im folgenden mit β bezeichnet und entspricht im genannten Fall 1 dem Zündabstand selbst oder im Fall 2 dem Zündabstand zwischen ein und demselben Zylinder, d.h. bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine 4·180 °KW = 720 °KW.
Um im Fall 1, d.h. bei 180 °KW, die Drehzahl prädizieren zu können, werden Informationen aus dem vorherigen Winkelbereich von 540 °KW benötigt. Dieser Winkelbereich wird im Folgenden als Ergebniswinkel γ bezeichnet und wird wie folgt berechnet: γ = α + β = 360°KW + 180°KW = 540°KW
Um im Fall 2, d.h. bei 720 °KW, die Drehzahl prädizieren zu können, werden Informationen aus dem vorherigen Winkelbereich von 1080 °KW benötigt. Dieser wiederum als Ergebniswinkel γ bezeichnete Winkelbereich wird wie folgt berechnet: γ = α + β = 360°KW + 720°KW = 1080°KW
Es ist anzumerken, dass die optionale Prädiktion der Drehzahl mittels des Prädiktionswinkels β = 720 °KW zu bevorzugen ist, wenn bereits die hierfür notwendigen Informationen aus der Vergangenheit, d.h. bei einem Ergebniswinkel von γ = 1080 °KW im „unbefeuerten“ Auslauf der Brennkraftmaschine vorliegen, da dann etwa vorliegende zylinderindividuelle Unterschiede im Schleppmoment sich nicht im Prädiktionsergebnis widerspiegeln können.
Dagegen ist die an sich normale Prädiktion der Drehzahl mittels des Prädiktionswinkels β = 180 °KW zu bevorzugen, wenn nur wenige Informationen aus der Vergangenheit, d.h. bei einem Ergebniswinkel von γ = 540 °KW, im „unbefeuerten“ Auslauf der Brennkraftmaschine vorliegen.
In 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung zweier Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Drehzahlprädiktion einer hier betroffenen Brennkraftmaschine dargestellt, und zwar für die oben genannten beiden Fälle 1 und 2. In diesen Ausführungsbeispielen bedeuten die Größe „n“ die Drehzahl der Brennkraftmaschine in der Einheit [U/min] und die Größe „i“ einen Zähler für das Überschreiten der Kurbelwellendrehung eines jeweiligen genannten ZOT. In beiden Ausführungsbeispielen ist eine vierzylindrige Brennkraftmaschine angenommen, d.h. der Winkel zwischen zwei ZOT beträgt 180 °KW.
In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird zunächst für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im ZOT_i die beschriebene prädizierte Drehzahl der Brennkraftmaschine n_i auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360 °KW berechnet 400 und zwischengespeichert 402. In Schritt 405 wird die für einen vorhergehenden ZOT_i-1, d.h. in dem vorliegenden Beispiel für den Prädiktionswinkel β = 180 °KW bereits berechnete 410 und ebenfalls zwischengespeicherte 415 prädizierte Drehzahl n_i-1 ausgelesen.
Auf der Grundlage der beiden Drehzahlwerte n_i und n_i-1 wird in Schritt 420 das genannte, konstante Energieabbaumaß DNQ_180°KW seit dem letzten Betriebszustand bei β = 180 °KW berechnet, d.h. die Differenz der Drehzahlquadrate gemäß der Beziehung DNQ_180°KW = Δn² _180°KW = n² _i-1 – n² _i. Daraus ergibt sich als Ergebniswinkel γ = α + β = 540 °KW, der einem vergangenen Winkel entspricht, der dem Prädiktionsergebnis zugrunde liegt. Auf der Grundlage des so berechneten Energieabbaumaßes wird das Drehzahlquadrat n² _i+1 für den nächsten (verschiedenen) ZOT_i+1 prädiziert 425, d.h. für β = 180 °KW gemäß n² _i+1 = n² _i – DNQ_180°KW. Durch Ziehen der Wurzel wird daraus die prädizierte Drehzahl n_i+1 für den nächsten (verschiedenen) ZOT_i+1 berechnet 430.
Wie durch eine gestrichelte Linie 435 angedeutet, werden mit dem optionalen Schritt 440 in entsprechender Weise weitere in der Zukunft liegende prädizierte Drehzahlen n_i+j (mit j = 2, 3, 4, ...) für weitere ZOTs berechnet, und zwar solange, bis die sich ergebenden Drehzahlen n_i+j nicht mehr erreichbare Werte kleiner Null haben, und zwar gemäß der Beziehung: n_i+j = (n² _i – j·DNQ_180°KW)^0.5.
Der letzte Schritt 445 entspricht einer Warteschleife, wobei solange gewartet wird, bis der nächste (verschiedene) ZOT erreicht ist, d.h. der Aktualisierungswinkel δ = 180 °KW vorliegt, der vergeht, bis ein aktualisiertes Ergebnis vorliegt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wiederum gemäß 4 wird wiederum zunächst im aktuellen ZOT_i die Drehzahl n_i auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360 °KW berechnet 400 und zwischengespeichert 402. In Schritt 405 wird die für einen vorhergehenden übereinstimmenden ZOT_i-4, d.h. in dem vorliegenden Beispiel für den Prädiktionswinkel β = 720 °KW auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360 °KW berechnete 410 und ebenfalls zwischengespeicherte 415 prädizierte Drehzahl n_i-4 ausgelesen.
Auf der Grundlage der beiden Drehzahlwerte n_i und n_i-4 wird in Schritt 420 wiederum das konstante Energieabbaumaß DNQ_720°KW des letzten Prädiktionswinkels β = 720 °KW berechnet, d.h. die Differenz der Drehzahlquadrate gemäß der Beziehung DNQ_720°KW = Δn² _720°KW = n² _i-4 – n² _i. Daraus ergibt sich in diesem Beispiel als Ergebniswinkel γ = α + β = 1080 °KW, der wiederum einem vergangenen Winkel entspricht, der dem Prädiktionsergebnis zugrunde liegt. Auf der Grundlage des so berechneten Energieabbaumaßes wird das Drehzahlquadrat n² _i+4 für den nächsten gleichen bzw. übereinstimmenden ZOT_i+4 prädiziert 425, d.h. für β = 720 °KW gemäß n² _i+4 = n² _i – DNQ_720°KW. Durch Ziehen der Wurzel ergibt sich daraus die prädizierte Drehzahl n_i+4 für den nächsten gleichen ZOT_i+4 berechnet 430.
Wie auch hier durch eine gestrichelte Linie 435 angedeutet, werden mit dem optionalen Schritt 440 in entsprechender Weise weitere in der Zukunft liegende prädizierte Drehzahlen n_i+j (mit j = 8, 12, 16, ...) für weitere ZOTs berechnet, und zwar solange, bis die sich ergebenden Drehzahlen n_i+j nicht mehr erreichbare Werte kleiner null haben, und zwar gemäß der Beziehung: n_i+j = (n² _i – j·¼·DNQ_720°KW)^0.5.
Der letzte Schritt 445 entspricht wiederum einer Warteschleife, wobei solange gewartet wird, bis der nächste (verschiedene) ZOT erreicht ist, d.h. der Aktualisierungswinkel δ = 180 °KW vorliegt, der vergeht, bis ein aktualisiertes Ergebnis vorliegt.
Wie aus dem in 5 beispielhaft gezeigten Drehzahlverlauf 500 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zu ersehen ist, ergibt sich auf der Grundlage einer aktuellen ZOT-Drehzahl 505 von 791,1 U/min bei Prädiktionsbeginn 507 der Drehzahl 510 des 14. ZOTs in der unbeeinflussten Zukunft der Wert 317,7 U/min und bei der Prädiktion der Drehzahl 515 des 15. ZOTs der Wert 242,7 U/min. Mit unbeeinflusster Zukunft ist gemeint, dass kein Reglereingriff der Hochdruckpumpe erfolgt und somit der Saugrohrdruck im Auslauf der Brennkraftmaschine in dem vorliegenden Beispiel unverändert 650 mbar beträgt, wobei die Hochdruckpumpe weiterhin nicht-fördernd bleibt. Der beschriebene Drehzahlverlauf würde zu Rückdrehpunkten der Kurbelwelle von 54,5 °KW vor dem ZOT bei einer Drehzahl von 242,7 U/min sowie von 13,0 °KW vor ZOT bei 317,7 U/min führen.
In der beschriebenen Betriebssituation wird initial auf „Beschleunigen“ entschieden, d.h. es wird durch Anhebung 525 des Sollwerts 520 und der entsprechenden Erhöhung des Istwerts 522 des Saugrohrdrucks erreicht, dass der 15. ZOT der letzte ZOT sein wird und die tatsächliche Drehzahl in diesem letzten ZOT nicht mehr die genannten 242,7 U/min beträgt, sondern im Idealfall 260 U/min, was wiederum einem Rückdrehpunkt von 45 °KW vor ZOT entspricht. Die Regelabweichung zur Einstellung des Saugrohrdrucks wird dabei auf einer beschriebenen energetischen Basis gebildet, d.h. es wird die Differenz der Drehzahlquadrate verwendet, und zwar gemäß der Beziehung: 260² U²/min² – 242,7² U²/min² = +8697 U²/min².
Es ist anzumerken, dass bei der genannten Einregelung des Zieldrehzahlwertes der Sollwert des in 3 gezeigten Drosselklappen-Zieldrehzahlreglers 310 zu Beginn den als zulässig definierten Eingriffsbereich von –160 mbar bis +80 mbar mit 650 mbar + 80 mbar = 730 mbar nahezu voll ausschöpft, bevor er mit abnehmender Regelabweichung auch den Eingriff weiter reduziert bzw. ganz unterlässt. Bei dem hier vorliegenden, initial beschleunigenden Szenario greift der ebenfalls in 3 gezeigte Hochdruckpumpen-Zieldrehzahlregler 305 allerdings nicht ein, so dass der Raildruck mit etwa 50 bar konstant bleibt und nicht erhöht wird.
Es ist ferner anzumerken, dass zum Zeitpunkt t = –400 ms der Reglereingriff zwingend beendet werden muss, da nun der Saugrohrdruck rechtzeitig auf ein Druckniveau zu bringen ist, welches gemäß 2 einem Wert von 650 mbar entspricht, wodurch zum Zeitpunkt des vorletzten Schließvorgangs des Einlassventils gemäß dem Istwert 530 auch tatsächlich 650 mbar im Saugrohr herrschen. Nach diesem bei t = –260 ms erfolgenden vorletzten Schließvorgang des Einlassventils sowie einem entsprechend angesteuerten Öffnen des Auslassventils gemäß einem Istwert 535 wird der Saugrohrdruck für den letzten Schließvorgang des Einlassventils auf ein Druckniveau von 970 mbar erhöht, welches dem in 2 gezeigten Zusammenhang entspricht.
Wie aus 5 insbesondere zu ersehen, beträgt die letzte ZOT-Drehzahl 263,5 U/min, was dem gewünschten Sollwert von 260 U/min nahezu bzw. ausreichend genau entspricht. Dies bedeutet ferner, dass sich der Rückdrehpunkt mit 44 °KW vor ZOT bei t = 0 ms von dem gewünschten Sollwert von 45 °KW vor ZOT nur um 1 °KW unterscheidet.
Gemäß dem in 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ergibt sich bei dem gezeigten Drehzahlverlauf 600 auf der Grundlage einer aktuellen ZOT-Drehzahl 605 von wiederum 791,7 U/min bei Beginn 607 der Prädiktion der Drehzahl 610 des 14. ZOTs in der unbeeinflussten Zukunft der Wert 314,4 U/min und bei der Prädiktion der Drehzahl 615 des 15. ZOTs der Wert 237,9 U/min. Diese Drehzahlen 610, 615 würden vorliegend zu Rückdrehpunkten von 57,1 °KW vor dem ZOT bei 237,9 U/min bzw. 14,8 °KW vor ZOT bei 314,4 U/min führen.
In diesem Fall wird initial auf „Bremsen“ entschieden und durch Absenkung des Saugrohrdrucks 622 sowie durch gegenläufige Anhebung des Raildrucks 625 erreicht, dass der 14. ZOT der letzte ZOT sein wird und die tatsächliche Drehzahl in diesem letzten ZOT nicht 314,4 U/min beträgt, sondern im Idealfall 260 U/min, was einem Rückdrehpunkt von 45 °KW vor ZOT entspricht. Wiederum wird die Regelabweichung auf energetischer Basis gebildet, d.h. es wird vorliegend die Differenz der Drehzahlquadrate gemäß: 260² U²/min² – 314,4² U²/min² = –31247 U²/min².
Bei der Einregelung des Zieldrehzahlwertes schöpft der Sollwert des Drosselklappen-Zieldrehzahlreglers 310 ebenfalls zu Beginn den zulässigen Eingriffsbereich von –160 mbar bis +80 mbar vorliegend mit 650 mbar – 160 mbar = 490 mbar nahezu voll aus. Der Raildruck wird vom Hochdruckpumpen-Zieldrehzahlregler 305 von 50 bar auf ca. 130 bar erhöht (der maximal zulässige Raildruck beträgt hier etwa 200 bar), bevor beide Regler 305, 310 mit abnehmender Regelabweichung, ihren jeweiligen Eingriff weiter reduzieren bzw. ganz unterlassen.
Zum Zeitpunkt t = –400 ms muss der Reglereingriff wiederum beendet werden, da der Saugrohrdruck rechtzeitig auf das genannte Druckniveau von 650 mbar gebracht werden muss, so dass zum Zeitpunkt des vorletzten Schließvorgangs des Einlassventils mit dem Sollwert 620 und dem daraus resultierenden Istwert 630 des Einlassventilschließens der genannte Saugrohrdruck von 650 mbar herrscht. Nach dem wiederum bei t = –260 ms erfolgenden vorletzten Schließvorgang des Einlassventils (sowie einem entsprechend getakteten Öffnen des Auslassventils gemäß einem Istwert 635) wird der Saugrohrdruck für den letzten Schließvorgang des Einlassventils auf das genannte Druckniveau von 970 mbar erhöht.
Wie ferner zu ersehen, beträgt die letzte ZOT-Drehzahl in diesem Ausführungsbeispiel 254,5 U/min, was dem Sollwert von 260 U/min wiederum sehr nahe kommt, wodurch sich der Rückdrehpunkt mit 49 °KW vor ZOT bei t = 0 ms vom gewünschten Sollwert von 45 °KW vor ZOT nur um 4 °KW unterscheidet.
Es ist anzumerken, dass bei Brennkraftmaschinen ohne eine genannte Hochdruckpumpe (sog. „PFI-Motoren“) die Zieldrehzahl auch nur mittels des Drosselklappen-Zieldrehzahlreglers, bei einem entsprechend vergrößerten Eingriffsbereich, eingeregelt werden kann. Ferner kann bei Brennkraftmaschinen mit kürzeren Ausläufen, bei denen weniger als die genannten 15 ZOTs vom Leerlauf bis zum Stillstand zur Verfügung stehen, die Zieldrehzahl auch durch einen entsprechend größeren zulässigen Eingriffsbereich für die Drosselklappe und/oder für die Hochdruckpumpe erreicht werden.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert 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 102014204086 A1 [0002, 0029]
DE 102011006288 A1 [0004, 0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die im Auslauf der Brennkraftmaschine sich ergebende Drehzahl (330) der Brennkraftmaschine mittels einer Trajektorienregelung (300) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Trajektorienregelung (300) eine in einem letzten oberen Totpunkt der Kurbelwelle mit Zündung (ZOT) vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine sich ergebende Drehzahl (337) mit einer gewünschten Zieldrehzahl in dem letzten ZOT (343) verglichen wird und die sich bei dem Vergleich ergebende Differenz als Regelabweichung (340) bei der Trajektorienregelung (300) zugrundegelegt wird
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung (340) auf der Grundlage von Quadratwerten (420) der Drehzahl beim Auslauf der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auslauf der Brennkraftmaschine resultierende Drehzahlen (400, 410) an vorgebbaren Positionen der Kurbelwelle vor einem vorgebbaren oberen Totpunkt der Kurbelwelle mit Zündung anhand eines vorher festgelegten Auslaufverhaltens bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für bekannte Verläufe des zeitlichen Auslaufverhaltens auf der Grundlage einer an einem zuletzt überschrittenen oberen Totpunkt mit Zündung zu erwartenden Schlussdrehzahl eine jeweils höhere oder zeitlich vorgelagerte Zieldrehzahl rückwärts berechnet wird, welche automatisch zu einer Wunschdrehzahl führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorienregelung (300) mittels eines ersten Reglers (305) für eine erste Stellgröße und mittels eines zweiten Reglers (310) für wenigstens eine zweite Stellgröße erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Trajektorienregelung (300) mittels der ersten Stellgröße und der wenigstens zweiten Stellgröße ein die Drehzahl beschleunigender Eingriff oder ein die Drehzahl bremsender Eingriff erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine genannte Stellgröße von einer der nachfolgend genannten Stellvorrichtungen bereitgestellt wird: – Eine in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe; – eine in einem Kraftstoffspeicher der Brennkraftmaschine angeordnete Hochdruckpumpe; – eine kennfeldgesteuerte oder -geregelte Ölpumpe; – eine generatorische Stellgröße; – eine elektromotorische Stellgröße.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Trajektorienregelung (300) ein sich vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine ergebender Rückdrehpunkt der Kurbelwelle einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückdrehpunkt so eingestellt wird, dass bei einer Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Auslassventile sich nicht öffnen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Drehzahl ein Auswertewinkel zugrunde gelegt wird, der möglichst winkelfehlerfrei ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch wenigstens eine der nachfolgend genannten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorgebbare zeitliche Verläufe des Auslaufverhaltens bereitgestellt werden: a. Vorliegen eines konstanten Saugrohrdrucks; b. Vorliegen konstanter Ansteuerzeiten zum Schließen der Einlassventile eines Zylinders; c. Vorliegen konstanter Ansteuerzeiten zum Öffnen der Auslassventile eines Zylinders; d. eine momentan nicht fördernde Hochdruckpumpe.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine Brennkraftmaschine mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zu steuern.