DE102017108630A1

DE102017108630A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, Computerprogrammprodukt und Steuergerät

Info

Publication number: DE102017108630A1
Application number: DE102017108630.7A
Authority: DE
Inventors: Georg Birmes; Johannes Fryjan
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2017-07-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) ein Gasleitungssystem (10) für eine Gasströmung von einem Gaseingang (11) des Gasleitungssystems (10) zu einem Gasausgang (12) des Gasleitungssystems (10) umfasst, aufweisend die Schritte: Erfassen wenigstens eines Referenzparameters der Brennkraftmaschine (1) durch eine Sensoreinheit (20) in wenigstens einem Referenzabschnitt (30) des Gasleitungssystems (10), Ermitteln wenigstens eines ersten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) in wenigstens einem Betriebsabschnitt (40) des Gasleitungssystems (10), der stromaufwärts des Referenzabschnitts (30) angeordnet ist, anhand eines invertierten Berechnungsmodells ausgehend von dem Referenzparameter, und Steuern der Brennkraftmaschine (1) unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt (111) für ein Steuergerät (100) einer Brennkraftmaschine (1), das zum Durchführen des Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergerät (100) für eine Brennkraftmaschine (1), das zum Speichern und Umsetzen des Computerprogrammprodukts (111) konfiguriert und ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anhand eines Berechnungsmodells. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, das zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern einer Brennkraftmaschine konfiguriert und ausgestaltet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, das zum Speichern und Umsetzen eines Computerprogrammprodukts ausgestaltet ist.
Im Stand der Technik sind Verfahren zum Steuern von Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine anhand einer Sensorik und/oder eines Berechnungsmodells ermittelt wird. Der aktuelle Betriebszustand dient als Grundlage für die Berechnung sowie das Anpassen von Stellorganen der Brennkraftmaschine. Eine genaue Kenntnis über den aktuellen Betriebszustand erlaubt eine gute Steuerung und insbesondere eine gute Vorsteuerung der Brennkraftmaschine und reduziert entsprechend Regelungseingriffe. Bei bisherigen Verfahren konnte die Genauigkeit bei der Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes dadurch gesteigert werden, dass eine relativ hohe Anzahl an Sensoren in verschiedenen Betriebsabschnitten der Brennkraftmaschine verwendet wurde. Dies führt jedoch auch zu einem entsprechenden Kostenaufwand, den es stets zu minimieren gilt. Deshalb wurden im Stand der Technik Verfahren entwickelt, bei welchen der aktuelle Betriebszustand anhand von Berechnungsmodellen ermittelt wird. Hierbei muss jedoch auch ein weiter Bereich an Bauteil-Toleranzen und Verschleißeinflüssen abgefangen werden. Die kalibrierten physikalischen Randbedingungen sind dabei nicht immer gegeben. Außerdem ist es nicht immer möglich, die gesamtheitlichen physikalischen Zusammenhänge vollständig abzubilden, weshalb leichte Abweichungen entstehen können. Darum wird im Stand der Technik zumindest abschnittsweise ein Abgleich zwischen Werten aus einem Berechnungsmodell und zugehörigen Sensorwerten durchgeführt.
US 2007/0078587 A1 lehrt, dass eine Brennkraftmaschine sowohl auf Basis von Sensorwerten als auch auf Basis eines Vergleiches zwischen den Sensorwerten und Messwerten aus einem physikalisch basierten Berechnungsmodell gesteuert werden kann. Bei der vorstehend erwähnten gewünschten Reduzierung von Sensoren muss nun jedoch zwischen einer möglichst genauen und dabei kostenintensiven Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine mit vielen Sensoren, und einer weniger genauen und dabei kostengünstigen Ermittlung des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine mit wenigen Sensoren, abgewogen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer reduzierten Anzahl an Sensoren ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Steuergerät zur Verfügung zu stellen, mittels welchen eine möglichst genaue Vorsteuerung einer Brennkraftmaschine möglich ist.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 sowie das Steuergerät gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, dem erfindungsgemäßen Steuergerät und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Brennkraftmaschine ein
Gasleitungssystem für eine Gasströmung von einem Gaseingang des Gasleitungssystems zu einem Gasausgang des Gasleitungssystems umfasst. Das Verfahren weist hierbei folgende Schritte auf:

– Erfassen wenigstens eines Referenzparameters der Brennkraftmaschine durch eine Sensoreinheit in wenigstens einem Referenzabschnitt des Gasleitungssystems,
– Ermitteln wenigstens eines ersten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in wenigstens einem Betriebsabschnitt des Gasleitungssystems, der stromaufwärts des Referenzabschnitts angeordnet ist, anhand eines invertierten Berechnungsmodells ausgehend von dem Referenzparameter, und
– Steuern der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters.

Durch das invertierte Modell bzw. ein entsprechendes Rückwärts-Berechnungsmodell lässt sich der erste Betriebsparameter genau berechnen und die Brennkraftmaschine kann, ohne Verwendung eines separaten Sensors in dem wenigstens einen Betriebsabschnitt, entsprechend genau gesteuert werden. Der wenigstens eine erste Betriebsparameter lässt sich insbesondere deshalb genau berechnen, da dieser ausgehend von einem realen Wert des wenigstens einen Referenzparameters durch eine Rückwärtsberechnung bzw. das invertierte Berechnungsmodell ermittelt wird. Durch den Verzicht auf Sensoren zur Korrektur können auch entsprechende Kosten gespart werden. Außerdem lässt sich anhand des vorgeschlagenen Verfahrens, insbesondere bei Verzicht auf ausgewählte Sensoren, eine Steuerung der Brennkraftmaschine besonders schnell bzw. mit einer hohen Steuergeschwindigkeit durchführen, da die Steuergeschwindigkeit nicht mehr durch eine etwaige Trägheit der Sensorik beschränkt wird.
Durch die Reduzierung der Anzahl der Sensoren und das vorgeschlagene invertierte Berechnungsmodell lässt sich ferner eine Anforderung an die Genauigkeit einer Kalibrierung eines Steuersystems für die Brennkraftmaschine reduzieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es hierbei möglich, ausgehend von einem beliebigen Referenzparameter der Brennkraftmaschine, der durch einen geeigneten Sensor erfasst wird, beliebig viele Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in beliebig vielen, zugehörigen Betriebsabschnitten des Gasleitungssystems bzw. der Brennkraftmaschine stromaufwärts des Referenzabschnitts durch das invertierte Berechnungsmodell zu berechnen. Grundsätzlich kann, ausgehend von einem beliebigen Sensorwert bzw. Referenzparameter die gesamte Ansaugluftleitung und/oder Abgasleitung invertiert berechnet werden. Auf Sensoren, die bisher zur Ermittlung der Betriebsparameter in der Ansaugluftleitung und/oder der Abgasleitung erforderlich waren, kann mithin verzichtet werden.
Das vorliegende Verfahren kann sowohl auf einem Prüfstand als auch während des tatsächlichen Betriebs der Brennkraftmaschine, also während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs mit der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden. Das Steuern der Brennkraftmaschine umfasst bevorzugt ein geregeltes Steuern bzw. Vorsteuern der Brennkraftmaschine und/oder ein Einstellen der Vorsteuerung der Brennkraftmaschine. Durch eine Vorsteuerung kann ein Führungsverhalten verbessert werden, ohne die Ablaufstabilität zu gefährden. Die Brennkraftmaschine bzw. der Betrieb der Brennkraftmaschine kann hierbei dadurch gesteuert werden, dass Stellorgane wie beispielsweise eine Drosselklappe, ein Harnstoff-Injektor, oder ein AGR-Ventil verstellt werden.
Unter dem Gaseingang ist vorliegend insbesondere ein Luftansaugeinlass zu verstehen. Unter dem Gasauslass ist insbesondere eine Abgasöffnung in die Umgebung zu verstehen. Durch den Gaseingang kann Luft in eine Ansaugluftleitung des Gasleitungssystems gesaugt werden. Durch den Gasauslass kann Abgas aus einer Abgasleitung des Gasleitungssystems in die Umgebung des Gasleitungssystems bzw. der Brennkraftmaschine geleitet werden. Das Gasleitungssystem umfasst hierbei auch Stellorgane, durch welche Gas wie beispielsweise Luft oder verbranntes Abgas geleitet wird. Die Sensoreinheit ist bevorzugt stromabwärts des Gaseinlasses und stromaufwärts des Gasauslasses des Gasleitungssystems angeordnet.
Der wenigstens eine Referenzparameter ist vorliegend bevorzugt ein Sensorwert wie beispielsweise ein Temperaturwert, ein Druckwert, ein Volumenstromwert und/oder ein Wert bezüglich einer Stoffzusammensetzung des Gases im Gasleitungssystem. Die Sensoreinheit weist entsprechend einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Volumenstromsensor und/oder einen Stoffwertsensor auf.
Unter dem invertierten Berechnungsmodell ist insbesondere ein physikalisches und/oder mathematisches invertiertes Berechnungsmodell zu verstehen, beispielsweise ein Berechnungsmodell für Druckverluste oder Wärmeübergänge. Dass die Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters gesteuert wird bedeutet, dass die Brennkraftmaschine direkt oder indirekt unter Verwendung des ersten Betriebsparameters gesteuert wird. D.h., der erste Betriebsparameter kann, muss aber nicht direkten Einfluss auf die Art und Weise der Steuerung der Brennkraftmaschine nehmen. Die Brennkraftmaschine kann demnach auch unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter gesteuert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Verfahren in dem Betriebsabschnitt durch ein Vorwärts-Berechnungsmodell wenigstens ein zweiter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt wird und die Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters und des zweiten Betriebsparameters gesteuert wird. Unter Berücksichtigung der wenigstens zwei Werte, d.h., des wenigstens einen ersten Betriebsparameters und des wenigstens einen zweiten Betriebsparameters, die auf unterschiedliche Weise ermittelt werden, kann die Brennkraftmaschine besonders genau gesteuert bzw. vorgesteuert werden. Insbesondere können dadurch der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine genau ermittelt und mithin eine entsprechend genaue Steuerung durchgeführt werden. Unter dem Vorwärts-Berechnungsmodell ist hierbei ein physikalisches und/oder mathematisches Berechnungsmodell zu verstehen, durch welches anhand von bekannten Betriebsparametern an einem bestimmten Betriebsabschnitt des Gasleitungssystems weitere Betriebsparameter an einem weiteren Betriebsabschnitt stromabwärts des bestimmten Betriebsabschnitts ermittelt werden können. Der erste Betriebsparameter, der zweite Betriebsparameter sowie der Referenzparameter sind vorliegend stets als wenigstens ein erster Betriebsparameter, wenigstens ein zweiter Betriebsparameter und wenigstens ein Referenzparameter zu verstehen.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und, insbesondere wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, der zweite Betriebsparameter an den ersten Betriebsparameter angepasst wird und die Brennkraftmaschine anhand des angepassten zweiten Betriebsparameters gesteuert wird. Hierbei kann der wenigstens eine zweite Betriebsparameter automatisch und entsprechend schnell an den wenigstens einen ersten Betriebsparameter angepasst und somit korrigiert werden. Auf einen zusätzlichen Sensor kann dabei verzichtet werden. Der Vergleich des zweiten Betriebsparameters findet nicht, wie bisher im Stand der Technik üblich, mit einem durch einen Sensor erfassten Betriebsparameter, sondern mit dem durch das invertierte Berechnungsmodell ermittelten ersten Betriebsparameter statt. Unter dem Anpassen des zweiten Betriebsparameters an den ersten Betriebsparameter ist hierbei ein Angleichen des zweiten Betriebsparameters an einen definierten Wert zu verstehen. Dabei ist es auch möglich, dass der zweite Betriebsparameter durch den ersten Betriebsparameter ersetzt wird, beispielsweise wenn die Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet. Unter der definierten Schwellenabweichung ist ein definierter Abweichungswert zu verstehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise möglich, dass jeweils einer von mehreren ersten Betriebsparametern mit jeweils einem zugehörigen von mehreren zweiten Betriebsparametern verglichen wird und die Brennkraftmaschine anhand des jeweils angepassten zweiten Betriebsparameters gesteuert wird. Der wenigstens eine erste Betriebsparameter kann dabei als ein Realwert angenommen werden, wobei insbesondere thermodynamische Werte des wenigstens einen ersten Betriebsparameters mit thermodynamischen Werten des wenigstens einen zweiten Betriebsparameters verglichen werden. Anhand dieses Vergleichs können beispielsweise Querschnitte des Gasleitungssystems und/oder Filtereigenschaften eines Luftfilters des Gasleitungssystems, d.h., Funktionseigenschaften des Gasleitungssystems, adaptiert bzw. angepasst werden.
Außerdem ist es bei einem Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich, dass mehrere ermittelte erste Betriebsparameter mit mehreren ermittelten zweiten Betriebsparametern verglichen werden und, insbesondere wenn wenigstens eine Abweichung zwischen einem der mehreren ersten Betriebsparameter und einem zugehörigen der mehreren zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, die mehreren zweiten Betriebsparameter zumindest teilweise, insbesondere die meisten oder alle zweiten Betriebsparameter, an die zugehörigen mehreren ersten Betriebsparameter, insbesondere an die meisten oder alle ersten Betriebsparameter, angepasst werden und die Brennkraftmaschine anhand der angepassten zweiten Betriebsparameter gesteuert wird.
Hierbei können die zweiten Betriebsparameter automatisch und besonders schnell an die ersten Betriebsparameter angepasst werden, sobald eine definierte Abweichung zwischen dem einen der mehreren ersten Betriebsparameter und dem einen zugehörigen der mehreren zweiten Betriebsparameter ermittelt wird. Dabei kann ein etwaiger Berechnungsaufwand im Vergleich zu einem Fall, in welchem alle Betriebsparameter einzeln miteinander verglichen werden müssten, reduziert werden. Der Berechnungsaufwand wird hierbei umso stärker reduziert, desto mehr zweite Betriebsparameter automatisch an zugehörige erste Betriebsparameter angepasst werden. Dass die Brennkraftmaschine anhand des angepassten zweiten Betriebsparameters gesteuert wird bedeutet, dass der angepasste zweite Betriebsparameter direkten Einfluss auf die Art und Weise der Steuerung der Brennkraftmaschine nimmt.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass bei einem Verfahren der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und, insbesondere wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter innerhalb einer definierten Schwellenabweichung liegt, die Brennkraftmaschine anhand des zweiten Betriebsparameters gesteuert wird. D.h., wenn die definierte Schwellenabweichung nicht überschritten wird, wird die Brennkraftmaschine direkt anhand des zweiten Betriebsparameters gesteuert, ohne diesen vorher an den ersten Betriebsparameter anzupassen. Der zweite Betriebsparameter nimmt somit direkten, der erste Betriebsparameter indirekten Einfluss auf die Art und Weise der Steuerung der Brennkraftmaschine. Gemäß dieser Weiterbildung kann der Berechnungsaufwand gering gehalten werden, da der zweite Betriebsparameter nicht uneingeschränkt an den ersten Betriebsparameter angepasst werden muss. Bei einer geringfügigen Abweichung kann von einer Anpassung abgesehen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es von weiterem Vorteil sein, wenn bei einem Verfahren der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und, insbesondere wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, eine Fehlermeldung, insbesondere eine bestimmte Fehlermeldung, ausgelöst wird. Da auch in diesem Fall kein separater Sensor erforderlich ist, kann ein Nutzer schnell und kostengünstig über den Fehler informiert werden. Abhängig von der bestimmten Fehlermeldung kann eine zugehörige Fehlerkorrektur, insbesondere eine Korrektur oder Anpassung des zweiten Betriebsparameters, insbesondere automatisch, durchgeführt werden. Für die bestimmte Fehlermeldung kann außerdem eine bestimmte Fehlerursache angegeben werden. Dadurch sind ein schnelles und gezieltes Eingreifen und somit auch ein gutes Steuern der Brennkraftmaschine möglich. D.h., bei dem vorliegenden Verfahren wird einem notwendigen Regelungseingriff bzw. einer definierten Schwellenabweichung umgehend eine Ursache zugewiesen und, falls erforderlich, diese sofort korrigiert. Für Zuweisungen von Ursachen zu definierten Schwellenabweichungen kann auf entsprechende Wertepaare, die beispielsweise in einem Speicher hinterlegt sind, zurückgegriffen werden.
Außerdem ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und, insbesondere wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, das Vorwärts-Berechnungsmodell, insbesondere basierend auf der Abweichung, angepasst wird. Dadurch ist es möglich, ein lernendes Vorwärts-Berechnungsmodell bereitzustellen, das abhängig von den ermittelten Betriebsparametern angepasst wird. Somit kann die Brennkraftmaschine besonders gut an sich ändernde Randbedingungen angepasst werden. Sich ändernde Randbedingungen können beispielsweise durch Abnutzung verschiedener Bauteile des Gasleitungssystems bzw. der Brennkraftmaschine entstehen. Außerdem kann dadurch vorteilhaft auf Abweichungen durch Fertigungstoleranzen des Gasleitungssystems bzw. der Brennkraftmaschine reagiert werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Verfahren der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und, insbesondere wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter einen definierten Schwellenwert überschreitet, ein geometrischer und/oder mechanischer Funktionsparameter der Brennkraftmaschine für das Vorwärts-Berechnungsmodell, insbesondere abhängig von der Abweichung, verändert wird. Durch das Verändern bzw. Einstellen des wenigstens einen geometrischen und/oder mechanischen Funktionsparameters der Brennkraftmaschine für das Vorwärts-Berechnungsmodell abhängig von der Abweichung kann die Brennkraftmaschine besonders gut gesteuert werden bzw. es kann eine gute Vorsteuerung für die Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt ist zum Durchführen eines wie vorstehend im Detail beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet. Das Computerprogrammprodukt weist Erfassungsmittel zum Erfassen wenigstens eines Referenzparameters der Brennkraftmaschine durch eine Sensoreinheit in wenigstens einem Referenzabschnitt des Gasleitungssystems auf. Außerdem weist das Computerprogrammprodukt Ermittlungsmittel zum Ermitteln wenigstens eines ersten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine in wenigstens einem Betriebsabschnitt des Gasleitungssystems, der stromaufwärts des Referenzabschnitts angeordnet ist, anhand eines invertierten Berechnungsmodells ausgehend von dem Referenzparameter auf. Darüber hinaus weist das Computerprogrammprodukt Steuermittel zum Steuern der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters auf. Damit bringt das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Unter den Erfassungsmitteln, den Ermittlungsmitteln und den Steuermitteln sind Computerprogrammproduktbestandteile zu verstehen, die für die jeweilige technische Umsetzung konfiguriert sind. Das Ermittlungsmittel kann hierbei auch den wenigstens einen zweiten Betriebsparameter ermitteln. Ferner kann das Computerprogrammprodukt Vergleichsmittel, die zum Vergleichen des ersten Betriebsparameters mit dem zweiten Betriebsparameter konfiguriert sind, sowie Anpassungsmittel, die zum Anpassen des zweiten Betriebsparameters an den ersten Betriebsparameter konfiguriert sind, aufweisen. Darüber hinaus kann das Computerprogrammprodukt Fehlermeldemittel aufweisen, die zum Auslösen einer Fehlermeldung bzw. einer definierten Fehlermeldung, bei Überschreitung einer definierten Schwellenabweichung, konfiguriert sind. Außerdem kann das Computerprogrammprodukt Veränderungsmittel aufweisen, die unter der vorstehend beschriebenen Bedingung zum Verändern von geometrischen und/oder mechanischen Funktionsparametern für das Vorwärts-Berechnungsmodell konfiguriert sind.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, das zum Speichern und Umsetzen des vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukts konfiguriert und ausgestaltet ist. Das Steuergerät weist einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern und Ausgeben des Referenzparameters, des ersten Betriebsparameters sowie des zweiten Betriebsparameters auf. Insbesondere ist der nichtflüchtige Speicher zum Speichern einer Fehlerkorrektur, insbesondere eine Korrektur oder Anpassung des zweiten Betriebsparameters, bzw. eines entsprechenden Korrekturwertes für die Fehlerkorrektur, bereitgestellt. Zum Durchführen des Verfahrens weist das Steuergerät wenigstens einen integrierten Schaltkreis auf. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Steuergerät die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 ein Diagramm zum Darstellen einer Anpassung mehrerer zweiter Betriebsparameter an mehrere erste Betriebsparameter in einem Betriebsabschnitt, und
5 ein Diagramm zum Darstellen eines Vergleichs zwischen mehreren zweiten Betriebsparametern und mehreren ersten Betriebsparametern in einem Betriebsabschnitt.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Gasleitungssystem 10. Das Gasleitungssystem 10 weist einen Gaseingang 11 und einen Gasausgang 12 auf. Durch den Gaseingang 11 kann Luft in eine Ansaugluftleitung 13 des Gasleitungssystems 10 gesaugt werden. Durch den Gasausgang 12 kann Abgas aus einer Abgasleitung 14 des Gasleitungssystems 10 in die Umgebung des Gasleitungssystems 10 bzw. der Brennkraftmaschine 1 ausgegeben werden. Die Ansaugluftleitung 13 und die Abgasleitung 14 sind im dargestellten Gasleitungssystem 10 durch eine Abgasrückführungsleitung (AGR-Leitung) 15 miteinander verbunden. In der AGR-Leitung 15 ist ein AGR-Ventil 84 angeordnet.
Das Gasleitungssystem 10 weist einen Turbolader 81 mit einem Verdichter 81a in der Ansaugluftleitung 13 und einer Turbine 81b in der Abgasleitung 14 auf. In der Ansaugluftleitung 13 sind ferner ein Ladeluftkühler 82 sowie eine Drosselklappe 83 angeordnet. Der Turbolader 81, die Drosselklappe 83 sowie das AGR-Ventil 84 sind als Stellorgane der Brennkraftmaschine 1 zu verstehen.
In der Ansaugluftleitung 13 ist ferner ein Luftfilter 50 angeordnet. Zwischen der Ansaugluftleitung 13 und der Abgasleitung 14 ist ein Verbrennungsmotor 60 angeordnet. In der Abgasleitung 14 ist wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinheit 70, beispielsweise ein Filter und/oder wenigstens eine Katalysatoreinheit, angeordnet. Die Ansaugluftleitung 13 weist außerdem einen Referenzabschnitt 30 auf, in welchem eine Sensoreinheit 20, gemäß 1 ein Temperatursensor, angeordnet ist. Der Referenzabschnitt 30 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt, in der Ansaugluftleitung 13 angeordnet zu sein. Der Referenzabschnitt 30 kann sich grundsätzlich überall im Gasleitungssystem 10 und bevorzugt stromabwärts der Betriebsabschnitte 40 befinden.
Der Luftfilter 50 und der Ladeluftkühler 82 befinden sich jeweils in einem Betriebsabschnitt 40 des Gasleitungssystems 10 und bilden somit zumindest einen Teil des jeweiligen Betriebsabschnitts 40. In diesem Zusammenhang sei darauf hinzuweisen, dass das Gasleitungssystem 10 grundsätzlich eine unbeschränkte Vielzahl an Betriebsabschnitten 40 aufweist, die in 1 selbstverständlich nicht abschließend dargestellt werden kann.
Ferner ist in 1 ein Steuergerät 100 dargestellt, das zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 bzw. zum Erstellen und Umsetzen einer Vorsteuerung für die Brennkraftmaschine 1 konfiguriert und ausgestaltet ist. Das Steuergerät 100 weist einen nichtflüchtigen Speicher 110 zum Speichern und Umsetzen eines Computerprogrammprodukts 111 auf. Der nichtflüchtige Speicher 110 wird verwendet, um vorgenommene Anpassungen derart zu speichern, dass darauf bzw. auf entsprechende Adaptionswerte nach einem Neustart der Brennkraftmaschine erneut zugegriffen werden kann, auch wenn die Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zwischenzeitlich ausgeschaltet wurde.
Obwohl die Sensoreinheit 20 in 1 nur in der Ansaugluftleitung 13 angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, die Sensoreinheit 20 an einer beliebigen Stelle in der Abgasleitung 14 zu positionieren und von dort aus anhand des invertierten Berechnungsmodells stromaufwärts bis zum Gaseingang erste Betriebsparameter zu ermitteln.
Das Computerprogrammprodukt 111 ist zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 konfiguriert und ausgestaltet. 2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, das anschließend beschrieben wird.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst eine Temperatur (Referenzparameter) im Referenzabschnitt 30 des Gasleitungssystems 10 durch eine als Temperatursensor ausgestaltete Sensoreinheit 20 erfasst. In einem anschließenden Schritt S2 wird nun jeweils ein erster Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 in jeweils einem von drei Betriebsabschnitten 40 des Gasleitungssystems 10, die stromaufwärts des Referenzabschnitts 30 angeordnet sind, anhand eines physikalischen invertierten Berechnungsmodells und ausgehend von der erfassten Temperatur ermittelt. D.h., stromaufwärts von dem Referenzabschnitt 30 werden durch das invertierte Berechnungsmodell an verschiedenen Betriebsabschnitten erste Betriebsparameter ermittelt. In einem anschließenden Schritt S3 wird die Brennkraftmaschine 1 nun unter Berücksichtigung dieser ermittelten ersten Betriebsparameter gesteuert.
Mit Bezug auf 3 in Kombination mit 1 wird anschließend ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schritte S10 und S20 entsprechen den Schritten S1 und S2, weshalb auf eine Beschreibung der Schritte S10 und S20 an dieser Stelle verzichtet wird. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird nun zusätzlich, vorher, nachher oder gleichzeitig, in einem Schritt S30 durch ein Vorwärts-Berechnungsmodell in jedem der Betriebsabschnitte 40 wenigstens ein zweiter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. In einem anschließenden Schritt S40 werden die ersten Betriebsparameter jeweils mit zugehörigen Betriebsparametern der zweiten Betriebsparameter verglichen. Abhängig von einer Einstellung des Verfahrens bzw. einer Konfiguration des Computerprogrammprodukts können nun abhängig von verschiedenen Vergleichsergebnissen verschiedene weitere Schritte durchgeführt werden.
So werden in einem anschließenden Schritt S50a zweite Betriebsparameter an erste Betriebsparameter angepasst und die Brennkraftmaschine 1 anhand der angepassten zweiten Betriebsparameters gesteuert, wenn eine Abweichung zwischen den ersten Betriebsparametern und den zweiten Betriebsparametern eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, oder bereits wenn wenigstens eine Abweichung zwischen einem der mehreren ersten Betriebsparameter und einem zugehörigen der mehreren zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet.
Sobald eine Abweichung zwischen ersten Betriebsparametern und zweiten Betriebsparametern eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, wird in Schritt S50a abhängig von der definierten Schwellenabweichung eine bestimmte Fehlermeldung ausgelöst. Außerdem wird in diesem Fall das Vorwärts-Berechnungsmodell basierend auf der Abweichung bzw. der Schwellenabweichung angepasst. Darüber hinaus wird abhängig von der Abweichung wenigstens ein geometrischer und/oder mechanischer Funktionsparameter der Brennkraftmaschine 1 für das Vorwärts-Berechnungsmodell verändert, vorliegend Filtereigenschaften des Luftfilters 50.
Wenn durch den Vergleich herausgefunden wird, dass eine Abweichung zwischen ersten Betriebsparametern und zweiten Betriebsparametern innerhalb einer definierten Schwellenabweichung liegt, wird die Brennkraftmaschine in einem anschließenden Schritt S50b hingegen anhand der zweiten Betriebsparameter gesteuert, d.h., ohne diese vorher an die ersten Betriebsparameter anzupassen. D.h. es ist eine Bedingung formuliert, bei deren Erfüllung keine Anpassung der Betriebsparameter durchgeführt wird.
Anschließend wird mit Bezug auf 4 die Anpassung mehrerer zweiter Betriebsparameter auf einer zweiten Kennlinie 300 für Werte, die durch das Vorwärts-Berechnungsmodell in einem Betriebsabschnitt 40, vorliegend dem Luftfilter 50, ermittelt wurden, an mehrere erste Betriebsparameter auf einer ersten Kennlinie 200, die durch das invertierte Berechnungsmodell ebenfalls in dem Luftfilter 50 ermittelt wurden, erläutert. Verschiedene Betriebsabschnitte 40 bzw. verschiedene Bauteile des Gasleitungssystems 10 bzw. der Brennkraftmaschine 1 werden hierbei modular geprüft, da sich die verschiedenen Bauteile des Gasleitungssystems 10 bzw. der Brennkraftmaschine 1 über Drehzahl und Last unterschiedlich verhalten. Ferner ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur einzelne Werte (y-Achse) miteinander verglichen werden, sondern auch, wie in 4 gezeigt, verschiedene Kennlinien mit entsprechend vielen Einzelwerten, beispielsweise über die Drehzahl (x-Achse).
Wenn sich nun der Luftfilter 50 über die Zeit mit Verunreinigungen oder Fremdkörpern zusetzt, wird ein bestimmter Wertebereich, also nicht nur ein einzelner Wert, kleiner oder größer, vorliegend größer. Anhand der Abweichung 400 zwischen den Werten auf der ersten Kennlinie 200, die vorliegend als Realwerte angenommen werden, und den Werten auf der zweiten Kennlinie, kann nun überprüft werden, ob die jeweiligen Abweichungen über den gesamten Drehzahlbereich größer oder kleiner werden. Werden die Abweichungen 400, wie in 4 dargestellt, über den gesamten Drehzahlbereich im Wesentlichen gleichmäßig größer, kann der Luftfilter 50 als potentielle Fehlerquelle ausgemacht werden. In diesem Fall und unter der Voraussetzung, dass die Abweichungen 400 ausreichend groß sind, werden die zweiten Betriebsparameter bzw. wird die zweite Kennlinie 300 an die ersten Betriebsparameter bzw. die zweite Kennlinie 200 angepasst.
Hängen die Werteveränderungen bzw. die Abweichungen 400, wie in 5 durch eine erste Kennlinie 200' dargestellt, nur teilweise linear mit einer Veränderung der Drehzahl zusammen, d.h., werden die Abweichungen 400 nicht gleichmäßig größer oder kleiner, kann der Luftfilter 50 nicht sicher als Fehlerquelle ausgemacht werden. Kann eine Fehlerursache nicht klar ausgemacht werden, darf keine Anpassung der zweiten Betriebsparameter bzw. der zweiten Kennlinie 300 an die ersten Betriebsparameter bzw. die erste Kennlinie 200' stattfinden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
10: Gasleitungssystem
11: Gaseingang
12: Gasausgang
13: Ansaugluftleitung
14: Abgasleitung
15: AGR-Leitung
20: Sensoreinheit
30: Referenzabschnitt
40: Betriebsabschnitt
50: Luftfilter
60: Verbrennungsmotor
70: Abgasnachbehandlungseinheit
81: Turbolader
81a: Verdichter
81b: Turbine
82: Ladeluftkühler
83: Drosselklappe
84: AGR-Ventil
100: Steuergerät
110: Speicher
111: Computerprogrammprodukt
200, 200': erste Kennlinie
300: zweite Kennlinie
400: Abweichung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0078587 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) ein Gasleitungssystem (10) für eine Gasströmung von einem Gaseingang (11) des Gasleitungssystems (10) zu einem Gasausgang (12) des Gasleitungssystems (10) umfasst, aufweisend die Schritte: – Erfassen wenigstens eines Referenzparameters der Brennkraftmaschine (1) durch eine Sensoreinheit (20) in wenigstens einem Referenzabschnitt (30) des Gasleitungssystems (10), – Ermitteln wenigstens eines ersten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) in wenigstens einem Betriebsabschnitt (40) des Gasleitungssystems (10), der stromaufwärts des Referenzabschnitts (30) angeordnet ist, anhand eines invertierten Berechnungsmodells ausgehend von dem Referenzparameter, und – Steuern der Brennkraftmaschine (1) unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Betriebsabschnitt (40) durch ein Vorwärts-Berechnungsmodell wenigstens ein zweiter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird und die Brennkraftmaschine (1) unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters und des zweiten Betriebsparameters gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, der zweite Betriebsparameter an den ersten Betriebsparameter angepasst wird und die Brennkraftmaschine (1) anhand des angepassten zweiten Betriebsparameters gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ermittelte erste Betriebsparameter mit mehreren ermittelten zweiten Betriebsparametern verglichen werden und wenn wenigstens eine Abweichung zwischen einem der mehren ersten Betriebsparameter und einem zugehörigen der mehreren zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, die mehreren zweiten Betriebsparameter zumindest teilweise, insbesondere die meisten oder alle zweiten Betriebsparameter, an die zugehörigen mehreren ersten Betriebsparameter, insbesondere an die meisten oder alle ersten Betriebsparameter, angepasst werden und die Brennkraftmaschine (1) anhand der angepassten zweiten Betriebsparameter gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter innerhalb einer definierten Schwellenabweichung liegt, die Brennkraftmaschine (1) anhand des zweiten Betriebsparameters gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, eine Fehlermeldung, insbesondere eine bestimmte Fehlermeldung, ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter eine definierte Schwellenabweichung überschreitet, das Vorwärts-Berechnungsmodell basierend auf der Abweichung angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter mit dem zweiten Betriebsparameter verglichen wird und wenn eine Abweichung zwischen dem ersten Betriebsparameter und dem zweiten Betriebsparameter einen definierten Schwellenwert überschreitet, wenigstens ein geometrischer und/oder mechanischer Funktionsparameter der Brennkraftmaschine (1) für das Vorwärts-Berechnungsmodell abhängig von der Abweichung verändert wird.
Computerprogrammprodukt (111) für ein Steuergerät (100) einer Brennkraftmaschine (1), das zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche konfiguriert und ausgestaltet ist, aufweisend Erfassungsmittel zum Erfassen wenigstens eines Referenzparameters der Brennkraftmaschine (1) durch eine Sensoreinheit (20) in wenigstens einem Referenzabschnitt (30) des Gasleitungssystems (10), Ermittlungsmittel zum Ermitteln wenigstens eines ersten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) in wenigstens einem Betriebsabschnitt (40) des Gasleitungssystems (10), der stromaufwärts des Referenzabschnitts (30) angeordnet ist, anhand eines invertierten Berechnungsmodells ausgehend von dem Referenzparameter, und Steuermittel zum Steuern der Brennkraftmaschine (1) unter Berücksichtigung des ersten Betriebsparameters.
Steuergerät (100) für eine Brennkraftmaschine (1), das zum Speichern und Umsetzen eines Computerprogrammprodukts (111) nach Anspruch 9 konfiguriert und ausgestaltet ist, aufweisend einen nichtflüchtigen Speicher (110) zum Speichern und Ausgeben des Referenzparameters, des ersten Betriebsparameters sowie des zweiten Betriebsparameters.