DE102017212247A1

DE102017212247A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit Saugrohreinspritzung

Info

Publication number: DE102017212247A1
Application number: DE102017212247.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Huber; Ernst Kloppenburg; Pierre-Yves Crepin; Gerald Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-01-24
Also published as: CN109268163B; CN109268163A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) mit Saugrohreinspritzung abhängig von einer Kraftstoffkorrekturgröße, wobei die Kraftstoffkorrekturgröße einen Wandfilmeffekt in einer Luftzuführung des Verbrennungsmotors (10) angibt, mit folgenden Schritten:- Zyklisches Berechnen einer stationären Wandfilmkraftstoffmenge (WK), die die Menge an in der Luftzuführung angelagerten Kraftstoff angibt, abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (10) mithilfe eines ersten nicht-parametrischen datenbasierten Funktionsmodells;- Bereitstellen einer Zeitkonstanten (τ), die einen Verlauf einer Änderung einer Wandfilm-Kraftstoffmenge definiert,- Ermitteln einer Kraftstoffkorrekturgröße, die von einer dynamischen Wandfilmkraftstoffmenge (WKdyn) abhängt oder dieser entspricht, wobei die dynamische Wandfilmkraftstoffmenge (WKdyn) aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden stationären Wandfilmkraftstoffmengen (WKstat) und der Zeitkonstanten (τ) bestimmt wird; und- Betreiben des Verbrennungsmotors (10) abhängig von der Kraftstoffkorrekturgröße.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung, insbesondere PFI-Motoren, bei denen Kraftstoff ausschließlich in das Saugrohr eingespritzt wird, oder bei P-DI-Motoren, bei denen Kraftstoff in das Saugrohr in Kombination mit einer Direkteinspritzung zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Bestimmen einer Menge von an der Wand der Luftzuführung in die Zylinder angelagertem Kraftstoff.
Technischer Hintergrund
Bei Verbrennungsmotoren, bei denen der Kraftstoff zumindest teilweise in das Saugrohr eingespritzt wird, beispielsweise bei PFI-Motoren oder P-DI-Motoren, findet eine Gemischbildung im Saugrohr statt. Bei der Gemischbildung im Saugrohr kommt es zum Anlagern von Kraftstoff an eine Wand der Luftzuführung in die Zylinder, d.h. an der Wand des Saugrohrs und des Einlasskanals. Der dort angelagerte Kraftstoff wird als Wandfilm bezeichnet, wobei die Menge an angelagertem Kraftstoff erheblich von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors abhängt.
Während sich im stationären Motorbetrieb ein Gleichgewicht zwischen dem Kraftstoffanteil, der sich als Wandfilm in der Luftzuführung anlagert, und dem Kraftstoffanteil, der aus dem Wandfilm in das zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Luftzuführung verdampft und in den Brennraum des Zylinders eingelassen wird, einstellt, entsteht im instationären Motorbetrieb dynamisch ein Ungleichgewicht. Dieses Ungleichgewicht führt dazu, dass ein eingestelltes Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung um den Kraftstoffanteil der Abdampfung oder Anlagerung von Kraftstoff aus/an dem Wandfilm abweicht. Um dies zu kompensieren, wird in der Motorsteuerung dieser Effekt modelliert und als Korrekturwert für die Einspritzmenge verwendet.
Aus dem Stand der Technik sind Steuergeräte mit integrierten Steuerbausteinen mit einer Hauptrecheneinheit und einer separaten Modellberechnungseinheit zur Berechnung von datenbasierten Funktionsmodellen bekannt. So zeigt beispielsweise die Druckschrift DE 10 2010 028 266 A1 einen Steuerbaustein mit einer zusätzlichen Logikschaltung als Modellberechnungseinheit, die zur rein hardwarebasierten Berechnung von Exponentialfunktionen sowie Additions- und Multiplikationsoperationen ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, die Berechnung von Bayes-Regressionsverfahren, die insbesondere zur Berechnung von Gauß-Prozess-Modellen benötigt werden, in einer Hardware-Einheit zu unterstützen.
Die Modellberechnungseinheit ist insgesamt zur Durchführung mathematischer Prozesse zur Berechnung des datenbasierten Funktionsmodells basierend auf Parametern und Stützstellen bzw. Trainingsdaten ausgelegt. Insbesondere sind die Funktionen der Modellberechnungseinheit zur effizienten Berechnung von Exponential- und Summenfunktionen rein in Hardware realisiert, so dass es ermöglicht wird, Gauß-Prozess-Modelle mit einer höheren Rechengeschwindigkeit zu rechnen als dies in der softwaregesteuerten Hauptrecheneinheit erfolgen kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mithilfe einer Korrekturgröße zur Berücksichtigung eines Wandfilmeffekts in einem Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung gemäß Anspruch 1 sowie das Steuergerät und das Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mithilfe einer Kraftstoffkorrekturgröße für eine einzuspritzende Kraftstoffmenge bei einem Verbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung vorgesehen, wobei die Kraftstoffkorrekturgröße einen Wandfilmeffekt in einer Luftzuführung des Verbrennungsmotors angibt, mit folgenden Schritten:

- Zyklisches Berechnen einer stationären Wandfilm-Kraftstoffmenge, die die Menge an in der Luftzuführung angelagerten Kraftstoff angibt, abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors mithilfe eines ersten nicht-parametrischen datenbasierten Funktionsmodells;
- Bereitstellen einer Zeitkonstanten, insbesondere für ein PT1-Verhalten, die einen Verlauf einer Änderung einer Wandfilm-Kraftstoffmenge definiert,
- Ermitteln einer Kraftstoffkorrekturgröße, die von einer dynamischen Wandfilmkraftstoffmenge abhängt oder dieser entspricht, wobei die dynamische Wandfilmkraftstoffmenge aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden stationären Wandfilmkraftstoffmengen und der Zeitkonstanten bestimmt wird; und
- Betreiben des Verbrennungsmotors abhängig von der Kraftstoffkorrekturgröße.

Bei Verbrennungsmotoren hängt die im Wandfilm der Luftzuführung gespeicherte Menge an Kraftstoff von dem Gasdruck im Saugrohr, der Strömung und den Strömungsturbulenzen im Saugrohr, einer Gastemperatur im Saugrohr, einer Kraftstofftemperatur des eingespritzten Kraftstoffes, einer Temperatur des Saugrohrs, der Kraftstoffqualität des Ethanolgehalts des Kraftstoffs und weiteren Parametern ab. Diese Größen stehen jedoch in der Regel nicht als Zustandsgrößen in einem Motorsystem durch Messen oder Modellierung zur Verfügung oder können nur aufwändig aus bekannten Größen abgeleitet werden. Somit wird die Kraftstoffmenge im Wandfilm aus anderen Zustandsgrößen hergeleitet.
Während bisher die Kraftstoffmenge im Wandfilm in erster Näherung nur basierend auf der modellierten Luftfüllung und der Motortemperatur modelliert wird, ist dieser Ansatz mit zunehmender Komplexität aktueller Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit Steuerzeitenverstellungen von Einlass- und Auslassnockenwellen, mit Ventilhubumschaltung von Ladungsbewegungsklappen und dergleichen nicht mehr ausreichend. Die Einflüsse dieser weiteren Zustandsgrößen müssen für die Bestimmung des Wandfilms berücksichtigt werden, was die Komplexität erhöht und eine physikalische Modellierung deutlich erschwert.
Gemäß dem obigen Verfahren wird eine Kraftstoffkorrekturgröße für die Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von einer stationären Wandfilmkraftstoffmenge und einer Zeitkonstanten modelliert, wobei zumindest die stationäre Wandfilmkraftstoffmenge aus einem trainierten, nicht-parametrischen datenbasierten Funktionsmodell modelliert wird. Damit kann der Kraftstoffkorrekturgröße für die Kraftstoffeinspritzung unter Berücksichtigung von primären Einflussgrößen modelliert werden. Die datenbasierte Modellierung ermöglicht ein Trainieren des Funktionsmodells basierend auf einem aktuellen System, ohne die physikalischen Zusammenhänge im Detail abzubilden..
Insbesondere kann das erste statistische datenbasierte Funktionsmodell einem Gauß-Prozess-Modell entsprechen.
Eine Variante datenbasierter Funktionsmodelle sind nicht-parametrische Modelle, die ohne spezifische Vorgaben aus Trainingsdaten, d.h. einer Menge von Trainingsdatenpunkten, erstellt werden können. Ein Beispiel für ein datenbasiertes Funktionsmodell stellt das so genannte Gauß-Prozess-Modell dar, das auf einer Gauß-Prozess-Regression basiert. Bei der Gauß-Prozess-Regression handelt es sich um ein vielseitiges statistisches Verfahren zur datenbasierten Modellierung komplexer physikalischer Systeme basierend auf üblicherweise großen Mengen an Trainingsdaten.
Das obige Verfahren sieht vor, ein erstes datenbasiertes Funktionsmodell zur Modellierung einer Kraftstoffmenge im Wandfilm bei einem momentanen Betriebszustand zu bestimmen und anschließend eine Abhängigkeit auf eine Änderung des Betriebszustands anzugeben. Dies kann beispielsweise mithilfe einer Zeitkonstanten angegeben werden, mit der sich eine Wandfilm-Kraftstoffmenge bei dem gegebenen Betriebszustand entsprechend einem PT1 oder ähnlichem Verhalten ändert. Durch die Verwendung des ersten datenbasierten Funktionsmodells zur Ermittlung der stationären Wandfilm-Kraftstoffmenge kann ein aufwendiges Applikationsverfahren vermieden werden.
Weiterhin kann die Zeitkonstante durch ein zweites nicht-parametrisches datenbasiertes Funktionsmodell ermittelt werden, wobei insbesondere das zweite statistische datenbasierte Funktionsmodell einem Gaußprozessmodell entspricht.
Durch das zweite datenbasierte Funktionsmodell kann die Zeitkonstante insbesondere für ein PT1-Verhalten angegeben werden, bei der nach einer Änderung der Wandfilmmenge durch eine Änderung des Betriebspunkts oder Umschaltung eines Stellers der dynamische Verlauf der Wandfilm-Kraftstoffmenge dargestellt werden kann. Daraus kann sich die notwendige Gemischkorrektur als Änderung der Wandfilmkraftstoffmenge ergeben.
Es kann vorgesehen sein, dass der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors durch zwei oder mehr als zwei der folgenden Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors bestimmt wird:

- eine Motordrehzahl,
- ein Saugrohrdruck,
- eine Saugrohrtemperatur,
- eine Position der Einlassnockenwelle,
- eine Position der Auslassnockenwelle,
- einen Ventilhub der Einlassnockenwelle;
- einen Ventilhub der Auslassnockenwelle,
- eine Position der Ladungsbewegungsklappe,
- eine Motortemperatur; und
- einen Aufteilungsfaktor, der für P-DI-Motoren die Aufteilung der Kraftstoffmenge für eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung angibt.

Weiterhin kann zum Betreiben des Verbrennungsmotors abhängig von der Kraftstoffkorrekturgröße die in einem Einspritzzyklus zu berücksichtigende Kraftstoffmenge mit der Kraftstoffkorrekturgröße additiv beaufschlagt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Steuerbaustein für ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei der Steuerbaustein ausgebildet ist, um das obige Verfahren durchzuführen.
Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines integrierten Steuerbausteins mit einer Hardware-basierten Modellberechnungseinheit;
2 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor, der mit einem integrierten Steuerbaustein so betrieben wird, dass eine Kraftstoffmengenkorrektur vorgenommen wird, der einen Wandfilmeffekt im Saugrohr berücksichtigt; und
3 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes zur Veranschaulichung der Funktionsweise zur Ermittlung einer Kraftstoffkorrekturgröße mithilfe von datenbasierten Funktionsmodellen.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hardwarearchitektur für einen integrierten Steuerbaustein 1, z. B. in Form eines Mikrocontrollers, in dem in integrierter Weise eine Hauptrecheneinheit 2 und eine Modellberechnungseinheit 3 zur rein hardwarebasierten Berechnung eines datenbasierten Funktionsmodells vorgesehen sind. Die Hauptrecheneinheit 2 und die Modellberechnungseinheit 3 stehen über eine interne Kommunikationsverbindung 4, wie z. B. einen Systembus, miteinander in Kommunikationsverbindung.
Grundsätzlich ist die Modellberechnungseinheit 3 im Wesentlichen hartverdrahtet und dem entsprechend nicht wie die Hauptrecheneinheit 2 dazu ausgebildet, einen Softwarecode auszuführen. Alternativ ist eine Lösung möglich, in der die Modellberechnungseinheit 3 zur Berechnung des datenbasierten Funktionsmodells einen eingeschränkten, hoch spezialisierten Befehlssatz zur Verfügung stellt. In der Modellberechnungseinheit 3 ist kein Prozessor vorgesehen. Dies ermöglicht eine ressourcenoptimierte Realisierung einer solchen Modellberechnungseinheit 3 bzw. einen flächenoptimierten Aufbau in integrierter Bauweise.
Die Modellberechnungseinheit 3 weist einen Rechenkern 31 auf, der eine Berechnung eines vorgegebenen Algorithmus rein in Hardware implementiert.
Die Modellberechnungseinheit 3 kann des Weiteren einen lokalen SRAM 33 für die Speicherung der Konfigurationsdaten umfassen. Die Modellberechnungseinheit 3 kann ebenfalls eine lokale DMA-Einheit 34 (DMA = Direct Memory Access) umfassen. Mittels der DMA-Einheit 34 ist es möglich, auf die integrierten Ressourcen des Steuerbausteins 1, insbesondere auf den internen Speicher 5, zuzugreifen.
Der Steuerbaustein 1 kann einen internen Speicher 5 und eine weitere DMA-Einheit 6 (DMA = Direct Memory Access) umfassen. Der interne Speicher 5 und die weitere DMA-Einheit 6 stehen in geeigneter Weise, z. B. über die interne Kommunikationsverbindung 4, miteinander in Verbindung. Der interne Speicher 5 kann einen (für die Hauptrecheneinheit 2, die Modellberechnungseinheit 3 und ggf. weitere Einheiten) gemeinsamen SRAM-Speicher und einen Flash-Speicher für die Konfigurationsdaten (Parameter und Stützstellendaten) umfassen.
Die Verwendung von nicht parametrischen, datenbasierten Funktionsmodellen basiert auf einem Bayes-Regressionsverfahren. Die Grundlagen der Bayes-Regression sind beispielsweise in C. E. Rasmussen et al., „Gaussian Processes for Machine Learning“, MIT Press 2006, beschrieben. Bei der Bayes-Regression handelt es sich um ein datenbasiertes Verfahren, das auf einem Modell basiert. Zur Erstellung des Modells sind Messpunkte von Trainingsdaten sowie zugehörige Ausgangsdaten einer zu modellierenden Ausgangsgröße erforderlich. Die Erstellung des Modells erfolgt anhand der Verwendung von Stützstellendaten, die den Trainingsdaten ganz oder teilweise entsprechen oder aus diesen generiert werden. Weiterhin werden abstrakte Hyperparameter bestimmt, die den Raum der Modellfunktionen parametrisieren und effektiv den Einfluss der einzelnen Messpunkte der Trainingsdaten auf die spätere Modellvorhersage gewichten.
Die abstrakten Hyperparameter werden durch ein Optimierungsverfahren bestimmt. Eine Möglichkeit für ein solches Optimierungsverfahren besteht in einer Optimierung einer Marginal Likelihood p(Y|H,X). Die Marginal Likelihood p(Y|H,X) beschreibt die Plausibilität der gemessenen y-Werte der Trainingsdaten, dargestellt als Vektor Y, gegeben die Modellparameter H und die x-Werte der Trainingsdaten. Im Modelltraining wird p(Y|H,X) maximiert, indem geeignete Hyperparameter gesucht werden, die zu einem Verlauf der durch die Hyperparameter und die Trainingsdaten bestimmten Modellfunktion führen und die Trainingsdaten möglichst genau abbilden.
Für die Erstellung des nicht-parametrischen, datenbasierten Funktionsmodells erhält man in Formelschreibweise allgemein die folgende Funktion: $z = \sum_{i = 1}^{N} {(Q_{y})}_{i} σ_{f} exp (- \frac{1}{2} \sum_{d = 1}^{D} \frac{{({(x_{i})}_{d} - u_{d})}^{2}}{l_{d}}),$
aus der sich der Funktionswert z ergibt. Dabei entsprechen D der Dimension des Eingangsdaten-/Trainingsdaten-/ Stützstellendatenraums, u_d einem Modellwert (Ausgangswert) an einem Testpunkt u (Eingangsgrößenvektor der Dimension D), x_i bzw. (x_i)_d einer Stützstelle der Stützstellendaten, N der Anzahl der Stützstellen der Stützstellendaten, sowie I_d , σ_f und der Parameter-Vektor Q_y den Hyperparametern aus dem Modelltraining.
Es kann darüber hinaus eine Eingangs- und Ausgangsnormierung durchgeführt werden, da die Berechnung des Gauß-Prozess-Modells typischerweise in einem normierten Raum stattfindet.
Zum Start einer Berechnung kann insbesondere die Recheneinheit 2 die DMA-Einheit 34 oder die weitere DMA-Einheit 6 anweisen, die das zu berechnende Funktionsmodell betreffenden Konfigurationsdaten in die Modellberechnungseinheit 3 zu übertragen und die Berechnung zu starten, die mithilfe der Konfigurationsdaten durchgeführt wird. Die Konfigurationsdaten umfassen die Hyperparameter eines Gauß-Prozess-Modells sowie Stützstellendaten, die vorzugsweise mithilfe eines Adresszeigers auf den der Modellberechnungseinheit 3 zugewiesenen Adressbereich des internen Speichers 5 angegeben werden. Insbesondere kann hierfür auch der SRAM-Speicher 33 für die Modellberechnungseinheit 3, der insbesondere in oder an der Modellberechnungseinheit 3 angeordnet sein kann, verwendet werden. Auch können der interne Speicher 5 und der SRAM-Speicher 33 kombiniert verwendet werden.
Die Berechnung in der Modellberechnungseinheit 3 kann z.B. in einer durch den nachfolgenden Pseudo-Code realisierten Hardwarearchitektur der Modellberechnungseinheit 3 durchgeführt werden. Aus dem Pseudo-Code ist zu erkennen, dass Berechnungen in einer inneren Schleife und einer äußeren Schleife erfolgen und deren Teilergebnisse akkumuliert werden. Zu Beginn einer Modellberechnung ist ein typischer Wert für eine Zählerstartgröße Nstart 0.
Die zur Berechnung eines datenbasierten Funktionsmodells benötigten Modelldaten umfassen also Parametervektoren und Stützstellendaten, die in einem dem betreffenden datenbasierten Funktionsmodell zugeordneten Speicherbereich in der Speichereinheit gespeichert werden. Entsprechend obigem Pseudocode umfassen die Parametervektoren von datenbasierten Funktionsmodellen den Parameter-Vektor Q_y und den Lengthscale-Vektor I , d.h. I_d für jeden Dimensionsindex d der Eingangsgrößen des Eingangsgrößenvektors. Weiterhin wird die Anzahl N der Stützstellendatenpunkte, einen Startwert Nstart einer äußeren Schleife und ein Schleifenindex vlnit bei einer Wiederaufnahme der Berechnung der inneren Schleife (normalerweise = 0) vorgegeben.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Steuerbaustein 1 und einem Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der von dem Steuerbaustein angesteuert und dessen Betrieb basierend auf einer Sollvorgabe gesteuert wird. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Zylinder 11 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier) auf, die mit einer Kurbelwelle 13 gekoppelt sind, um über diese ein Motormoment bereitzustellen.
Die Zylinder 11 sind jeweils mit einer Zündeinrichtung 12 versehen. Die Zylinder 11 des Verbrennungsmotors 10 sind in an sich bekannter Weise mit Einlassventilen 14 und Auslassventilen 15 versehen, um über ein Luftzuführungssystem 16 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Zylinder 11 einzulassen und Verbrennungsabgas in ein Abgasabführsystem auszustoßen. Das Luftzuführungssystem 16 umfasst eine Drosselklappe 17, um die Menge an zugeführter Frischluft einzustellen.
Weiterhin ist im Luftzuführungssystem 16 ein Saugrohrabschnitt 18 als Luftzuführung definiert, der den Abschnitt zwischen der Drosselklappe 17 und den Einlassventilen 14 der Zylinder 11 des Verbrennungsmotors 10 definiert. In dem Saugrohrabschnitt 18 ist ein Einspritzventil 19 vorgesehen, um Kraftstoff in den Saugrohrabschnitt 18 einzuspritzen, um dort ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das in Betrieb des Verbrennungsmotors 10 über ein betreffendes Einlassventil 14 in einen der Zylinder 11 eingelassen wird. In alternativen Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor 10 zusätzlich Einspritzventile an den Zylindern 11 aufweisen, so dass der Verbrennungsmotor als P-DI-Motor ausgebildet ist.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 lagert sich ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs an einer Wand des Saugrohrabschnitts 18 an. Die an die Wand des Saugrohrabschnitts angelagerte Kraftstoffmenge bleibt in der Regel in einem stationären Motorbetrieb konstant, ändert sich jedoch bei sich verändernden Betriebszuständen des Verbrennungsmotors durch Abdampfen oder Anlagern. Der Abdampfungs- oder Anlagerungsprozess hat einen signifikanten zeitlichen Verlauf, der beim Betrieb des Verbrennungsmotors 10 berücksichtigt werden muss. Die Berücksichtigung erfolgt durch eine Korrektur der durch das Steuergerät 1 gestellten einzuspritzenden Kraftstoffmenge mithilfe einer Kraftstoffkorrekturgröße.
Die Kraftstoffkorrekturgröße kann basierend auf einem Modellwert für eine Wandfilm-Kraftstoffmenge WK, die einer Menge an an die Wand des Saugrohrabschnitts angelagerten Kraftstoff in einem stationären Betriebsfall des Verbrennungsmotors entspricht, und einer Zeitkonstante τ angegeben werden. Es wird für den Anlagerungs- und Abdampfungsprozess näherungsweise ein PT1-Verhalten angenommen. Die Zeitkonstante τ definiert das PT1-Verhalten der Änderung der Wandfilm-Kraftstoffmenge bei einer Änderung des Betriebszustands. In genaueren Modellen kann ein PT2- oder ein Verhalten höherer Ordnung angenommen werden, so dass entsprechend mehrere Zeitkonstanten durch entsprechende Funktionsmodelle vorgegeben werden können.
In 3 ist schematisch die Funktionsweise zur Ermittlung einer Kraftstoffkorrekturgröße dargestellt, wobei aus stationären Wandfilm-Kraftstoffmengen WK_stat , die in einem ersten Modellblock 21 ermittelt werden, und der Zeitkonstante τ, die in einem zweiten Modellblock 22 ermittelt werden, eine dynamische Wandfilm-Kraftstoffmenge WK_dyn als Kraftstoffkorrekturgröße ermittelt wird. Dies gibt eine Minder- oder Mehrmenge an Kraftstoff an, die der Menge an einzuspritzendem Kraftstoff hinzugefügt werden muss. Das Funktionsdiagramm der 3 veranschaulicht die Eingangsgrößen für das erste datenbasierte Funktionsmodell, das in dem ersten Modellblock 21 berechnet wird, und das zweite datenbasierte Funktionsmodell, das in dem zweiten Modellblock 22 berechnet wird, wobei die Eingangsgrößen einen Teil oder alle der folgenden Größen umfassen kann: eine Motordrehzahl n, ein Saugrohrdruck p₂₂ , eine Saugrohrtemperatur T₂₂ , eine Position P_EN der Einlassnockenwelle, eine Position P_AN der Auslassnockenwelle, einen Ventilhub H_EN der Einlassnockenwelle und einen Ventilhub H_AN der Auslassnockenwelle, eine Position der Ladungsbewegungsklappe d, eine Motortemperatur T_MOT und einen Aufteilungsfaktor, der die Aufteilung der Kraftstoffmenge für eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung angibt (für P-DI-Motoren).
Bei einer zyklischen Berechnung kann in einem PT1-Glied 23 bei zu aufeinanderfolgenden Zyklen an verschiedenen Betriebspunkten erhaltenen stationären Wandfilm-Kraftstoffmengen WK_stat und der Zeitkonstanten eine Änderung der Wandfilm-Kraftstoffmenge WK_dyn ermittelt werden, die den Übergang zwischen der zuvor ermitteln stationären Wandfilm-Kraftstoffmenge WK_stat zu der zuletzt berechneten Wandfilm-Kraftstoffmenge WK_stat angibt: ${WK}_{d y n} (t) = {WK}_{d y n} (t - 1) + ({WK}_{s t a t} (t) - {WK}_{d y n} (t - 1)) e^{- i \frac{2 π t}{τ}}$
Zur Ermittlung des ersten und zweiten datenbasierten Funktionsmodells können die Funktionsmodelle basierend auf den oben genannten Eingangsgrößen trainiert werden. Zum Trainieren des ersten datenbasierten Funktionsmodells kann die angelagerte Wandfilm-Kraftstoffmenge über ein indirektes Verfahren bestimmt werden. Dies kann für Verbrennungsmotoren mit reiner Saugrohreinspritzung während eines stationären Motorbetriebs bei Zu- und Abschaltung der Einspritzung an einem Zylinder bestimmt werden.
Aus einem dynamischen Verlauf des Sauerstoffgehalts im Abgas, d. h. mit Hilfe eines Verlaufs des Lambda-Werts, lässt sich die Wandfilm-Kraftstoffmenge bestimmen, die nicht an der Verbrennung teilgenommen hat und folglich im Wandfilm eingelagert ist. Bei Verbrennungsmotoren mit kombinierter Einspritzung kann durch Umschalten zwischen Saugrohr und Direkteinspritzung aus einem dynamischen Verlauf des Sauerstoffgehalts im Abgas die Kraftstoffmenge bestimmt werden, die nicht an der Verbrennung teilgenommen hat und folglich im Wandfilm eingelagert ist bzw. die überschüssige Kraftstoffmenge, die aus dem Wandfilm zusätzlich zur Verbrennung beigetragen hat.
Aus den gemessenen Verläufen des Lambda-Werts kann jeweils die einem Betriebspunkt korrespondierende Wandfilmmenge bestimmt und ein entsprechendes datenbasiertes Funktionsmodell trainiert werden.
Die den jeweiligen stationären Betriebszuständen zugeordneten Wandfilmkraftstoffmengen WK ergeben sich also aus einem Einschwingverhalten bei einer Änderung des Betriebszustands durch den Verlauf eines Sauerstoffgehalts im Verbrennungsabgas. Der Sauerstoffgehalt kann bei einem Betrieb mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine aus dem Wandfilm abdampfende oder sich an den Wandfilm anlagernde Kraftstoffmenge anhand eines Sauerstoffmangels oder Sauerstoffüberschusses anzeigen.
Aus den gemessenen Verläufen des Lambda-Werts kann also die korrespondierende Änderung der Wandfilmkraftstoffmenge WK bestimmt werden und das erste datenbasierte Funktionsmodell für die Bestimmung der jeweiligen stationären Wandfilmkraftstoffmenge WK trainiert werden
Auf gleiche Weise kann das zweite datenbasierte Funktionsmodell für die Bestimmung der Zeitkonstante τ trainiert werden. Somit kann durch die Wandfilmkraftstoffmenge WK und die Zeitkonstante τ für beliebige Kombinationen von Eingangsgrößen im Betriebsbereich des Verbrennungsmotors 10 eine Änderung der Wandfilmkraftstoffmenge WK bestimmt werden bzw. eine Änderung der Wandfilmkraftstoffmenge WK als dynamische Wandfilmkraftstoffmenge WK_dyn bestimmt werden.
Beim Betreiben des Verbrennungsmotors 10 kann diese dynamische Wandfilmkraftstoffmenge WK_dyn bei einer Änderung des Betriebspunkts bei der einzuspritzenden Kraftstoffmenge berücksichtigt werden, um den Einfluss des Wandfilmeffekts auszugleichen, d.h. die einzuspritzende Kraftstoffmenge kann bei aus dem Wandfilm abdampfenden Kraftstoff entsprechend reduziert und bei sich anlagerndem Kraftstoff entsprechend erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010028266 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) mit Saugrohreinspritzung abhängig von einer Kraftstoffkorrekturgröße, wobei die Kraftstoffkorrekturgröße einen Wandfilmeffekt in einer Luftzuführung des Verbrennungsmotors (10) angibt, mit folgenden Schritten: - Zyklisches Berechnen einer stationären Wandfilmkraftstoffmenge (WK_stat), die die Menge an in der Luftzuführung angelagerten Kraftstoff angibt, abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (10) mithilfe eines ersten nicht-parametrischen datenbasierten Funktionsmodells; - Bereitstellen einer Zeitkonstanten (τ), die einen Verlauf einer Änderung einer Wandfilm-Kraftstoffmenge definiert, - Ermitteln einer Kraftstoffkorrekturgröße, die von einer dynamischen Wandfilmkraftstoffmenge (WK_dyn) abhängt oder dieser entspricht, wobei die dynamische Wandfilmkraftstoffmenge (WK_dyn) aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden stationären Wandfilmkraftstoffmengen (WK_stat) und der Zeitkonstanten (τ) bestimmt wird; und - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) abhängig von der Kraftstoffkorrekturgröße.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste nicht-parametrische datenbasierte Funktionsmodell einem Gaußprozessmodell entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitkonstante (τ) durch ein zweites nicht-parametrisches datenbasiertes Funktionsmodell ermittelt wird, wobei insbesondere das zweite statistische datenbasierte Funktionsmodell einem Gaußprozessmodell entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (10) durch zwei oder mehr als zwei der folgenden Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors (10) bestimmt wird: - eine Motordrehzahl (n), - ein Saugrohrdruck (p22), - eine Saugrohrtemperatur (T22), - eine Position (PEN) der Einlassnockenwelle, - eine Position (PAN) der Auslassnockenwelle, - einen Ventilhub (HEN) der Einlassnockenwelle; - einen Ventilhub (HAN) der Auslassnockenwelle, - eine Position der Ladungsbewegungsklappe (d), - eine Motortemperatur (TMOT) und - einen Aufteilungsfaktor, der für P-DI-Motoren die Aufteilung der Kraftstoffmenge für eine Saugrohreinspritzung und eine Direkteinspritzung angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zum Betreiben des Verbrennungsmotors (10) abhängig von der Kraftstoffkorrekturgröße die in einem Einspritzzyklus zu berücksichtigende Kraftstoffmenge mit der Kraftstoffkorrekturgröße additiv beaufschlagt wird.
Steuerbaustein (1) für ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor (10), wobei der Steuerbaustein (1) mit einer Hauptrecheneinheit (2) und einer Modellberechnungseinheit (3) ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Elektronische Steuereinheit, welche ein elektronisches Speichermedium nach Anspruch 7 aufweist.