DE102018104926B4 - Method for operating and device for controlling and / or regulating an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (BKM) mittels Regeln einer Mehrzahl von Regelgrößen (RG) für eine Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine umfassend wenigstens eine Leistung (P), eine Aufladung (A), eine Verbrennung (V) und/oder Emission (E) betreffende Systemgröße (SG), aufweisend die Schritte:- Ermitteln eines Soll-Wertes der Regelgröße (RG) und Empfangen eines für die Brennkraftmaschine vorliegenden Ist-Wertes der Regelgröße sowie Vergleichen des Soll-Wertes mit dem Ist-Wert der Regelgröße,- Regeln einer der Regelgröße zugeordneten Stellgröße entsprechend des Vergleichsergebnisses zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert der Regelgröße (RG);- Vergleichen der so geregelten Stellgröße mit einer vorbestimmten Grenzstellgröße und Feststellen, ob ein Betrag einer Differenz aus geregelter Stellgröße und vorbestimmter Grenzstellgröße größer ist als eine vorbestimmte Grenzdifferenz, wobei- die genannte Mehrzahl von Regelgrößen (RG) mittels einer Anzahl von Regelungsschleifen jeweils umfassend die vorgenannten Schritte für die Systemgrößen erfolgt, wobei- die vorbestimmte Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und/oder das vorbestimmte Drehmoment (M) der Brennkraftmaschine entsprechend einem gewünschten oder aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vorbestimmt sind, gekennzeichnet durch- Empfangen eines von einer Emission und/oder einem Verbrauch der Brennkraftmaschine abhängigen initialen Korrekturwertes (KORR), wobei der Soll-Wert der Regelgröße unter Berücksichtigung des initialen Korrekturwerts ermittelt wird; wobei- der initiale Korrekturwert der Regelgröße derart bestimmt wird, dass der Soll-Wert der Regelgröße durch den initialen Korrekturwert so verändert wird, dass eine Stickstoffoxid-Emission und/oder der Verbrauch der Brennkraftmaschine abgesenkt werden; und- Ausgeben eines Korrektur-Unterbrechungssignals, falls mindestens eine Reaktionsgröße einen vorbestimmten Grenzwert der Reaktionsgröße überschritten hat, wobei das Korrektur-Unterbrechungssignal zu einer Anpassung des initialen Korrekturwertes derart führt, dass der entsprechend bestimmte Soll-Wert der Regelgröße ein Halten der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder des momentanen Verbrauchs auf einem momentanen Pegel verursacht.Method for operating an internal combustion engine (BKM) by means of regulating a plurality of control variables (RG) for a plurality of system variables of the internal combustion engine comprising at least one power (P), one supercharging (A), one combustion (V) and / or emission (E) relevant system variable (SG), comprising the steps: - determining a desired value of the controlled variable (RG) and receiving an actual value of the controlled variable available for the internal combustion engine as well as comparing the desired value with the actual value of the controlled variable, - regulating a The manipulated variable assigned to the controlled variable according to the comparison result between the setpoint value and the actual value of the controlled variable (RG); - Compare the manipulated variable thus controlled with a predetermined manipulated variable and determine whether an amount of a difference between the controlled manipulated variable and the predetermined manipulated variable is greater than a predetermined limit difference, said plurality of control variables (RG) by means of a number of control switches The aforementioned steps for the system variables are carried out comprehensively, with the predetermined speed (n) of the internal combustion engine and / or the predetermined torque (M) of the internal combustion engine being predetermined according to a desired or current operating point of the internal combustion engine, characterized by receiving one of one Emission and / or a consumption of the internal combustion engine-dependent initial correction value (KORR), the setpoint value of the controlled variable being determined taking into account the initial correction value; wherein the initial correction value of the controlled variable is determined in such a way that the setpoint value of the controlled variable is changed by the initial correction value in such a way that nitrogen oxide emissions and / or the consumption of the internal combustion engine are reduced; and outputting a correction interruption signal if at least one reaction variable has exceeded a predetermined limit value of the reaction variable, the correction interruption signal leading to an adaptation of the initial correction value in such a way that the correspondingly determined setpoint value of the controlled variable maintains the current nitrogen oxide emission and / or the current consumption at a current level.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mittels Regeln einer Mehrzahl von Regelgrößen für eine Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine umfassend wenigstens eine Leistung, eine Aufladung, eine Verbrennung und/oder Emission betreffende Systemgröße. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine by means of regulating a plurality of control variables for a plurality of system variables of the internal combustion engine comprising at least one system variable relating to power, charging, combustion and / or emissions. The invention also relates to a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine, an internal combustion engine.
Ganzheitliche Steuerungen von Motoren beruhen größtenteils auf offenen Regelkreisen bzw. insoweit eher Steuerungsprinzipien, in denen Soll-Werte einer Regelgröße genutzt werden, um durch Kennfelder Stellgrößen der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Diese Kennfeldwerte liefern beispielsweise Eingangsgrößen für die Verbrennung und den Luft- und Abgaspfad; also betreffend Leistung, Aufladung, Verbrennung und/oder Emission einer Brennkraftmaschine. Je nach eingesetzter Motortechnologie, wie z.B. Variabilitäten im Ladungswechsel in Form von diversen Klappen- oder Ventil-Schließzeiten, ist eine vorhandene Regelungsstruktur in einer Steuer- und Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere dem zentralen Motorsteuer-Gerät (ECU), damit vergleichsweise komplex. Denn es gibt damit auch eine vergleichsweise große Anzahl an ECU-Parametern, welche gegebenenfalls umständlich, insbesondere zum Teil kostspielig, und wiederholt oder gar regelmäßig im Versuch ermittelt bzw. optimiert werden müssen. Kennfeldwerte bedürfen also generell eines aufwendigen Kalibrierungsprozesses am Prüfstand.Holistic controls of engines are largely based on open control loops or rather control principles in which setpoint values of a controlled variable are used to determine manipulated variables of the internal combustion engine through characteristic maps. These map values supply, for example, input variables for the combustion and the air and exhaust gas path; that is, regarding the power, charging, combustion and / or emissions of an internal combustion engine. Depending on the motor technology used, e.g. Variabilities in the gas exchange in the form of various flap or valve closing times, an existing control structure in a control and regulating device of an internal combustion engine, in particular the central engine control unit (ECU), is therefore comparatively complex. This is because there is also a comparatively large number of ECU parameters, which may be cumbersome, in particular sometimes expensive, and have to be determined or optimized repeatedly or even regularly in tests. Map values generally require a complex calibration process on the test bench.
Die Notwendigkeit von Kennfeldern hat sich in der Vergangenheit allerdings unter anderem daraus ergeben, dass die Verwendung von Massenstromsensoren direkt am Zylinder der Brennkraftmaschine aufgrund von dort auftretenden Turbulenzen nicht wirklich praktikabel ist. So wird denn im Motormanagement und einer entsprechenden Regelung als Folge oftmals die Luftmasse sowohl für eine Regelung des Luftpfadsals auch für eine Regelung der Verbrennung verwendet. Die Luftmasse ist hierbei maßgeblich für die Ansteuerung der Motoren mit Abgasrückführung oder beispielsweise mit variabler Ventilsteuerung. Bisher hat man damit jedenfalls über eine Vielzahl von Kennfeldern im Rahmen einer optimalen Aufladung einen optimalen Ladedruck vorgeben können.In the past, however, the need for characteristic maps has arisen, among other things, from the fact that the use of mass flow sensors directly on the cylinder of the internal combustion engine is not really practical due to the turbulence that occurs there. In engine management and a corresponding regulation, the air mass is often used both for regulating the air path and for regulating the combustion. The air mass is decisive for controlling the engines with exhaust gas recirculation or, for example, with variable valve control. So far it has been possible to specify an optimal boost pressure in the context of optimal charging using a large number of maps.
Allerdings zeigt sich auch bei der Bedatung eines Motorsteuergeräts, dass viele Parameter in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors hinsichtlich sich oftmals widersprechender Zielgrößen -hier sind vor allem Verbrauch und Emissionen zu nennen-- im Versuch eingestellt. Konkret sind die Kennfeldeinstellungen primär zur Optimierung von Leistung, Aufladung und Verbrennung vorgegeben - weniger in Bezug auf Verbrauch (Brennstoffeinsatz) und Emission (NOx).However, the data on an engine control unit also shows that many parameters are set in the experiment as a function of the engine's operating point with regard to often contradicting target values - consumption and emissions in particular are to be mentioned here. Specifically, the map settings are primarily specified to optimize performance, charging and combustion - less in relation to consumption (fuel consumption) and emissions (NOx).
Soweit eine Regelung typischer Systemgrößen, wie beispielsweise Leistung, Aufladung und Verbrennung und/oder Emission vorgesehen ist, werden in aktuellen Brennkraftmaschinen zunächst separate Regelkreise vorgeschlagen. Jeder Regelkreis umfasst dabei typischerweise eine separate Regelung einer Systemgröße durch Einstellen einer Stellgröße um einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und eine darauffolgende Begrenzung dieser Stellgröße.As far as a regulation of typical system variables, such as power, charging and combustion and / or emissions is provided, separate control loops are initially proposed in current internal combustion engines. Each control loop typically includes a separate control of a system variable by setting a manipulated variable around an operating point of the internal combustion engine and a subsequent limitation of this manipulated variable.
Demgegenüber beschreibt
Ein weiterer Ansatz eines Steuer- und Regelbetriebs einer Brennkraftmaschine arbeitet wie in
In
In
In
Solche und ähnliche Ansätze nutzen somit regelmäßig Reglerstrukturen mit parallel angeordneten und gekoppelten Reglern in einem Steuer- und Regelverfahren, bei dem mehrere Systemgrößen bzw. deren zugeordnete Regelgrößen gleichzeitig geregelt werden sollen. Voraussetzung für ein gute Funktionsweise ist auch dafür regelmäßig eine überdurchschnittlich gute Bedatung mit Kennfeldern und eine ausreichend gute Signalisierung mittels der zur Verfügung stehenden Sensoren. Genau diese Vorgaben sind jedoch bei zunehmender Komplexität der Systeme nicht mehr oder nur noch bedingt gegeben oder stehen nur eingeschränkt im Betrieb zur Verfügung.Such and similar approaches thus regularly use controller structures with controllers arranged and coupled in parallel in a control and regulation method in which several system variables or their assigned control variables are to be controlled simultaneously. A prerequisite for a good functioning is also an above-average good data supply with characteristic maps and a sufficiently good signaling by means of the available sensors. However, as the complexity of the systems increases, precisely these specifications are no longer given, or only given to a limited extent, or are only available to a limited extent during operation.
Wünschenswert ist es deswegen, eine einfache und dennoch effiziente Reglerstruktur im Rahmen einer ganzheitlichen Maschinen-Regelungsstrategie („Controlled Engine Strategy“) zu erreichen, die jedenfalls insofern selbsttätig regelnd ausgebildet ist, dass über die Reglerstruktur Verschleiß und Alterung kompensiert werden kann; insofern also wenigstens derartig bedingte wiederholte oder notwendige erneuerte Bedatungen von Kennfelder eingespart werden können. Insbesondere sollen Bedatungen von Kennfelder eingespart werden, die sich aus zum Teil gegenläufigen Optimierungsvorrausetzungen ergeben wie z.B. Leistung, Aufladung und Verbrennung einerseits und Verbrauch und Emissionen andererseits.It is therefore desirable to achieve a simple and yet efficient controller structure within the framework of a holistic machine control strategy (“Controlled Engine Strategy”), which is in any case designed to regulate automatically so that wear and aging can be compensated for via the controller structure; To the extent that at least this type of repeated or necessary renewed data input to characteristic maps can be saved. In particular, data on maps should be saved, which result from partially opposing optimization requirements, e.g. Power, charging and combustion on the one hand and consumption and emissions on the other.
An dieser Stelle setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zum Regeln einer Systemgröße bereitzustellen. Insbesondere soll durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Bedatungsaufwand innerhalb der insofern verwendeten echten Regelkreise -d.h. weniger als offene Regelkreise, sondern eher mit Rückkopplung-- verringert werden.
Vorzugsweise soll eine möglichst schnelle und dennoch sichere Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erreicht werden. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung für unterschiedliche Lasten und Drehzahlen dennoch Emissionen und Verbrauch zu optimieren ohne die primären Regelanforderungen an Leistung, Aufladung und Verbrennung zu vernachlässigen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren soll dennoch einen Bedatungsaufwand innerhalb der insofern verwendeten echten Regelkreise -d.h. weniger als offene Regelkreise, sondern eher mit Rückkopplung-- verringert werden.This is where the invention begins, the object of which is to provide an improved method for operating an internal combustion engine for regulating a system variable. In particular, the method according to the invention is intended to reduce the data input effort within the real control loops used in this respect - that is, less as open control loops, but rather with feedback.
The internal combustion engine should preferably be started up as quickly and safely as possible. It is also an object of the invention to nevertheless optimize emissions and consumption for different loads and speeds without neglecting the primary control requirements for power, charging and combustion. In the case of the method according to the invention, however, the effort required for data processing within the real control loops used in this respect - that is, less as open control loops, but rather with feedback - should be reduced.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1.The object is achieved according to a first aspect of the invention by a method for operating an internal combustion engine according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine wird mittels Regeln einer Mehrzahl von Regelgrößen für eine Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine umfassend wenigstens eine Leistung, eine Aufladung, eine Verbrennung und/oder Emission betreffende Systemgröße umgesetzt und weist die Schritte auf:
- - Ermitteln eines Soll-Wertes der Regelgröße und Empfangen eines für die Brennkraftmaschine vorliegenden Ist-Wertes der Regelgröße sowie Vergleichen des Soll-Wertes mit dem Ist-Wert der Regelgröße,
- - Regeln einer der Regelgröße zugeordneten Stellgröße entsprechend des Vergleichsergebnis zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert der Regelgröße;
- - Vergleichen der so geregelten Stellgröße mit einer vorbestimmten Grenzstellgröße und Feststellen, ob ein Betrag einer Differenz aus geregelter Stellgröße und vorbestimmter Grenzstellgröße größer ist als eine vorbestimmte Grenzdifferenz.
- - Determining a target value of the controlled variable and receiving an actual value of the controlled variable available for the internal combustion engine as well as comparing the target value with the actual value of the controlled variable,
- - Regulating a manipulated variable assigned to the controlled variable in accordance with the comparison result between the setpoint value and the actual value of the controlled variable;
- - Compare the manipulated variable regulated in this way with a predetermined manipulated variable limit and determine whether an amount of a difference between the manipulated variable regulated and the manipulated limit variable is greater than a predetermined limit difference.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das
- - die genannte Mehrzahl von Regelgrößen (
RG ) mittels einer Anzahl von Regelungsschleifen jeweils umfassend die vorgenannten Schritte für die Systemgrößen erfolgt, wobei - - die vorbestimmte Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder das vorbestimmte Drehmoment der Brennkraftmaschine entsprechend einem gewünschten oder aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vorbestimmt sind, und
- - Empfangen eines initialen Korrekturwertes (
KORR ), abhängig von einer momentanen Emission und/oder einem momentanen Verbrauch der Brennkraftmaschine, wobei der Soll-Wert der Regelgröße unter Berücksichtigung des initialen Korrekturwerts ermittelt wird.
- - the mentioned plurality of controlled variables (
RG ) the aforementioned steps for the system variables are carried out by means of a number of control loops, in which case - the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine are predetermined in accordance with a desired or current operating point of the internal combustion engine, and
- - Receiving an initial correction value (
CORR ), depending on an instantaneous emission and / or an instantaneous consumption of the internal combustion engine, the setpoint value of the controlled variable being determined taking into account the initial correction value.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es für eine schnelle Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wichtig ist, die initialen Vorgaben innerhalb einer Regelungsstruktur so zu wählen, dass die momentane Emission und der momentane Verbrauch der Brennkraftmaschine bei der Regelung berücksichtigt werden. Es wurde hierfür erkannt, dass ein bereits für die Ermittlung des Soll-Wertes berücksichtigter Verbrauchs- und Emissions-abhängiger Korrekturwert in Kombination mit einer vorgegebenen initialen Stellgröße zu einem besonders vorteilhaften Regeln von Kenngrößen der Brennkraftmaschine führen kann.The invention is based on the consideration that it is important for quick start-up of the internal combustion engine to select the initial specifications within a control structure in such a way that the current emissions and the current consumption of the internal combustion engine are taken into account in the control. For this purpose, it was recognized that a consumption and emissions-dependent correction value already taken into account for determining the setpoint value, in combination with a predetermined initial manipulated variable, can lead to particularly advantageous regulation of parameters of the internal combustion engine.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus der Mehrzahl von Systemgrößen Leistung, Aufladung, Verbrennung und/oder Emission betreffende Systemgrößen geregelt. Diese Größen stellen die zentralen Systemgrößen einer Brennkraftmaschine dar, so dass eine Regelung dieser Größen einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet im Rahmen einer ganzheitlichen Maschinen-Regelungsstrategie („Controlled Engine Strategy“). Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache und schnelle Regelung der Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine. Hierdurch wird eine besonders schnelle Bedatung einer die Brennkraftmaschine steuernden Einrichtung und eine schnelle Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ermöglicht.In the method according to the invention, system variables relating to power, charging, combustion and / or emissions are regulated from the plurality of system variables. These variables represent the central system variables of an internal combustion engine, so that regulation of these variables ensures safe and reliable operation of the internal combustion engine within the framework of a holistic machine control strategy (“Controlled Engine Strategy”). The method according to the invention advantageously enables particularly simple and rapid regulation of the plurality of system variables of the internal combustion engine. This enables particularly rapid data input to a device controlling the internal combustion engine and rapid start-up of the internal combustion engine.
Der Regelkreis jeder Systemgröße besteht aus einem Sollwertbestimmungsabschnitt, einem Regelungsabschnitt und einem Begrenzungsabschnitt. Diese einfache Regelungsstruktur führt in Kombination mit der Vorgabe initialer Soll-Werte, Stellgrößen und Korrekturwerte zu einer Reduzierung von Reglungsfehlern und ermöglicht somit einen besonders sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine.The control loop of each system variable consists of a target value determination section, a control section and a limitation section. This simple control structure, in combination with the specification of initial setpoints, manipulated variables and correction values, leads to a reduction in control errors and thus enables particularly safe operation of the internal combustion engine.
Weiterhin kann durch die Vorgabe initialer Soll-Werte, Stellgrößen und Korrekturwerte besonders schnell nach Beginn eines Betriebs der Brennkraftmaschine ein gewünschter Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erreicht sein.Furthermore, by specifying initial setpoint values, manipulated variables and correction values, a desired operating point of the internal combustion engine can be reached particularly quickly after the internal combustion engine has started operating.
Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist außerdem die Berücksichtigung der aktuellen Emission, insbesondere Stickstoffoxidemission, und des aktuellen Verbrauchs der Brennkraftmaschine. Hierdurch kann die Brennkraftmaschine besonders umweltschonend betrieben werden und durch einen geringen Verbrauch auch zu einer Reduzierung der Kosten der Brennkraftmaschine führen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft sicherstellen, dass an einem, nach der Regelung der Brennkraftmaschine erreichten, Betriebspunkt, vorgegebene Emissionswerte der Brennkraftmaschine eingehalten werden, falls die vorgegebenen Emissionswerte mit der entsprechenden Brennkraftmaschine überhaupt erreicht werden können.The fact that the current emissions, in particular nitrogen oxide emissions, and the current consumption of the internal combustion engine are taken into account is also particularly advantageous in the method according to the invention. As a result, the internal combustion engine can be operated in a particularly environmentally friendly manner and, through low consumption, also lead to a reduction in the costs of the internal combustion engine. The method according to the invention can advantageously ensure that predetermined emission values of the internal combustion engine are complied with at an operating point reached after the regulation of the internal combustion engine, if the predetermined emission values can be achieved at all with the corresponding internal combustion engine.
Bevorzugt ist das Begrenzen geregelter Stellgrößen gegenüber zu großen oder zu kleinen Werten im Vergleich zu einer Grenzstellgröße vorteilhaft, um die Werte der Stellgröße in der Nähe eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine zu halten. Die Grenzstellgröße ist dabei entsprechend dieses Betriebspunktes vorbestimmt.Limiting regulated manipulated variables with respect to values that are too large or too small compared to a limit manipulated variable is advantageous in order to keep the values of the manipulated variable close to an operating point of the internal combustion engine. The limit manipulated variable is predetermined according to this operating point.
Die Regelgröße ist stets eine Systemgröße-betreffende Größe, da sie zum Regeln der Stellgröße entsprechend aktueller Eigenschaften der Systemgröße vorgesehen ist.The controlled variable is always a variable relating to the system variable, since it is provided for regulating the manipulated variable in accordance with current properties of the system variable.
Der initiale Korrekturwert ist abhängig von der entsprechenden Regelgröße, für die der entsprechende Soll-Wert ermittelt wird. Vorzugsweise wird der Korrekturwert durch eine Regelgrößen-abhängige Berechnungsvorschrift aus der momentanen Emission und dem momentanen Verbrauch bestimmt.The initial correction value is dependent on the corresponding controlled variable for which the corresponding setpoint value is determined. The correction value is preferably determined from the instantaneous emission and the instantaneous consumption by a control variable-dependent calculation rule.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine gelöst.According to a further aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Aufladung mit einer Abgasrückführung und einem Motor mit einer Anzahl von Zylindern auf, der mittels Ladeluft und/oder Abgas aus der Aufladung aufladbar ist, und wobei die Einrichtung eine Leistungsregelung, Aufladereglung, Verbrennungsregelung und/oder Emissionsregelung zum Regeln einer entsprechend Leistung-betreffenden, Aufladung-betreffenden, Verbrennung- und/oder Emission-betreffenden Systemgröße umfasst, wobei
- eine entsprechende Leistungsregelung, Aufladereglung und/oder Verbrennungs- und/oder Emissionsregelung ein jeweiliges Sollgrößenmodul, Regelungsmodul und Begrenzungsmodul jeweils in einer Regelungsschleife aufweisen, wobei
- - das Regelungsmodul in der Regelungsschleife ausgebildet ist, einen Ist-Wert der Regelgröße und den Soll-Wert der Regelgröße zu empfangen und eine der Regelgröße zugeordnete Stellgröße auf Basis des Soll-Werts und des Ist-Werts zu regeln,
- - das Begrenzungsmodul in der Regelungsschleife ausgebildet ist zum Vergleichen der so geregelten Stellgröße mit einer vorbestimmten Grenzstellgröße und Feststellen ob ein Betrag einer Differenz aus geregelter Stellgröße und vorbestimmter Grenzstellgröße größer ist als eine vorbestimmte Grenzdifferenz.
- a corresponding power control, charge control and / or combustion and / or emission control have a respective setpoint module, control module and limitation module each in a control loop, wherein
- - the control module in the control loop is designed to receive an actual value of the controlled variable and the setpoint value of the controlled variable and to regulate a manipulated variable assigned to the controlled variable on the basis of the setpoint and the actual value,
- - The limitation module in the control loop is designed to compare the so regulated manipulated variable with a predetermined limit manipulated variable and determining whether an amount of a difference between the regulated manipulated variable and the predetermined limit manipulated variable is greater than a predetermined limit difference.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- - die genannte Mehrzahl von Regelgrößen mittels einer Anzahl von Regelungsschleifen jeweils umfassend die vorgenannten Schritte für die Systemgrößen erfolgt, wobei die vorbestimmte Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und/oder das vorbestimmte Drehmoment der Brennkraftmaschine entsprechend dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vorbestimmt sind, und
- - das Sollgrößenmodul ausgebildet ist, aus einem initialen Soll-Wert und einem initialen Korrekturwert einer Regelgröße einen Soll-Wert der Regelgröße zu ermitteln und auszugeben, wobei der initiale Soll-Wert abhängig von einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraft-Maschine ist und wobei der initiale Korrekturwert abhängig von einer momentanen Emission und einem momentanen Verbrauch der Brennkraftmaschine ist.
- - The aforementioned plurality of control variables is carried out by means of a number of control loops, each comprising the aforementioned steps for the system variables, the predetermined speed (s) of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine being predetermined according to the operating point of the internal combustion engine, and
- The setpoint module is designed to determine and output a setpoint of the controlled variable from an initial setpoint value and an initial correction value of a controlled variable, the initial setpoint value depending on a predetermined speed of the internal combustion engine and / or a predetermined torque of the internal combustion engine -Machine and wherein the initial correction value is dependent on a current emission and a current consumption of the internal combustion engine.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung ermöglicht es, die Brennkraftmaschine mit einem besonders geringen Bedatungsaufwand zu regeln und/oder zu steuern. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es, mit der Brennkraftmaschine besonders schnell optimale Werte von Kenngrößen der Brennkraftmaschine für den Betriebspunkt zu erhalten. Insbesondere kann durch die Berücksichtigung von Verbrauch und Emission auch ein umweltschonender Betrieb mit geringen Verbrauchskosten unterstützt werden.The method according to the invention and the device make it possible to regulate and / or control the internal combustion engine with a particularly low level of data input. The device according to the invention makes it possible, with the internal combustion engine, to obtain optimum values of parameters of the internal combustion engine for the operating point particularly quickly. In particular, taking consumption and emissions into account can also support environmentally friendly operation with low consumption costs.
Gemäß einem weiteren Aspekt, betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, die eine Aufladung mit einer Abgasrückführung und einen Motor mit einer Anzahl von Zylindern aufweist, der mittels Ladeluft und/oder Abgas aus der Aufladung aufladbar ist, und welche ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, insbesondere eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung oder einer Weiterbildung der Erfindung aufweist.According to a further aspect, the invention relates to an internal combustion engine which has a supercharger with exhaust gas recirculation and a motor with a number of cylinders, which can be charged by means of charge air and / or exhaust gas from the supercharger, and which is designed to carry out the method according to the invention, in particular has a device for controlling and / or regulating an internal combustion engine according to the invention or a development of the invention.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Further advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and indicate in detail advantageous possibilities for realizing the concept explained above within the scope of the task and with regard to further advantages.
Der in einer Weiterbildung bevorzugte sequenziell modulare Aufbau mit einer Sequenz von Regelungsschleifen gewährleistet eine besonders einfache und störungsarme Struktur. In der Einrichtung können überdies in jeder Regelschleife das Sollgrößenmodul, das Regelungsmodul und das Begrenzungsmodul in einer gemeinsamen Regelungseinheit angeordnet aber gesondert funktionierend sein. Insbesondere können verschiedene Regelkreise, wie beispielsweise die Leistungsregelung, die Aufladeregelung und/oder die Verbrennungs- und /oder Emissionsregelung in einer gemeinsamen Vorrichtung aber gesondert funktionierend im Rahmen des sequenziell modularen Aufbaus vorgesehen sein.The sequential modular structure preferred in a development with a sequence of control loops ensures a particularly simple and low-interference structure. In the device, moreover, the setpoint variable module, the control module and the limitation module can be arranged in a common control unit in each control loop but function separately. In particular, different control loops, such as power control, charging control and / or combustion and / or emissions control, can be provided in a common device but functioning separately within the scope of the sequential modular structure.
Die Weiterbildungen gehen desweiteren von der Überlegung aus, dass es für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt werden sollte, dass die Brennkraftmaschine in der Nähe eines gewünschten Betriebspunktes betrieben wird. Hierfür wurde erkannt, dass die Vorgabe von initialen Werten für den Soll-Wert der Regelgröße und/oder die Stellgröße entsprechend eines gewünschten Betriebspunktes und abhängig von einer vorbestimmten, insbesondere in der Vergangenheit gemessenen Drehzahl und/oder Drehmoment, besonders einfach und sicher ist. Zusätzlich oder alternativ zur Vorgabe von initialen Werten für den Soll-Wert der Regelgröße kann somit das Regeln der der Regelgröße zugeordneten Stellgröße eine von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängige Vorgabe einer initialen Stellgröße aufweisen.The developments are also based on the consideration that, for safe operation of the internal combustion engine, it should be ensured that the internal combustion engine is operated in the vicinity of a desired operating point. For this purpose, it was recognized that the specification of initial values for the setpoint value of the controlled variable and / or the manipulated variable according to a desired operating point and depending on a predetermined speed and / or torque measured in particular in the past is particularly simple and reliable. In addition or as an alternative to the specification of initial values for the setpoint value of the controlled variable, the regulation of the manipulated variable assigned to the controlled variable can thus have a specification of an initial manipulated variable that is dependent on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine.
Das Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Regelung der Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine. Die einfache Regelungsstruktur mit der Begrenzung der Stellgröße und der Vorgabe von initialem Soll-Wert der Regelgröße und/oder initialer Stellgröße ist hierbei besonders wenig anfällig für Störungen im laufenden Betrieb.The method enables a particularly simple and rapid regulation of the plurality of system variables of the internal combustion engine. The simple control structure with the limitation of the manipulated variable and the specification of the initial setpoint value of the controlled variable and / or the initial manipulated variable is particularly less prone to malfunctions during operation.
Bei dem Verfahren ist somit in einer ersten weiterbildenden Variante vorgesehen, dass das Ermitteln eines Soll-Wertes der Regelgröße mit einem initialen Soll-Wert der Regelgröße abhängig von einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine erfolgt. Der initiale Soll-Wert der Regelgröße kann als funktionale Abhängigkeit
In einer zweiten zusätzlichen oder alternativen weiterbildenden Variante des Verfahrens ist die initiale Stellgröße --vorzugsweise zusätzlich oder alternativ die vorbestimmte Grenzstellgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine-- abhängig. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ also die vorbestimmte Grenzstellgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängig sein. Insgesamt kann zusätzlich zu einer vorgenannten initialen Abhängigkeit des Soll-Wertes der Regelgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine, also von einem Initial-Soll-Wert in dieser Variante ein Initial-Stellwert der vorbestimmten Grenzstellgröße zu bestimmen und nutzen sein.In a second additional or alternative, further development variant of the method, the initial manipulated variable - preferably additionally or alternatively, the predetermined limit manipulated variable on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine - is dependent. Furthermore, the predetermined limit manipulated variable can additionally or alternatively be dependent on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine. Overall, in addition to the aforementioned initial dependence of the setpoint value of the controlled variable on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine, that is to say on an initial setpoint value in this variant, an initial setpoint of the predetermined limit control variable can be determined and be useful.
Der initiale Soll-Wert der vorbestimmten Grenzstellgröße und/oder Stellgröße kann als funktionale Abhängigkeit
Vorzugsweise ist also die initiale Regelgröße und/oder Stellgröße und/oder die vorbestimmte Grenzstellgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängig. Insofern ist, wie oben erläutert, ein initialer Soll-Wert dieser vorgenannten Größen besonders bevorzugt lediglich im Rahmen einer funktionalen Abhängigkeit
Das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung oder einer der Weiterbildungen ermöglicht einen vergleichsweise sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine selbst unter weitgehender Vermeidung von Kennfeldern. Während des Betriebs können entsprechend eines beispielsweise temporär gewünschten Betriebspunktes die Stellgrößen der Brennkraftmaschine schnell und sicher an diesen Betriebspunkt angepasst werden.The method according to the concept of the invention or one of the developments enables a comparatively safe operation of the internal combustion engine even while largely avoiding characteristic diagrams. During operation, the manipulated variables of the internal combustion engine can be adapted quickly and reliably to this operating point, for example, according to a temporarily desired operating point.
Weiterhin ist das Begrenzen geregelter Stellgrößen gegenüber zu großen oder zu kleinen Werten im Vergleich zu einer Grenzstellgröße vorteilhaft, um die Werte der Stellgröße in der Nähe eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine zu halten. Die Grenzstellgröße ist dabei entsprechend dieses Betriebspunktes vorbestimmt.Furthermore, the limitation of regulated manipulated variables with respect to values that are too large or too small compared to a limit manipulated variable is advantageous in order to keep the values of the manipulated variable close to an operating point of the internal combustion engine. The limit manipulated variable is predetermined according to this operating point.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wiederholt ausgeführt und weist gemäß dem Konzept der Erfindung weiterhin die Schritte auf:
- - Bestimmen des initialen Korrekturwertes der Regelgröße derart, dass der Soll-Wert der Regelgröße durch den initialen Korrekturwert so verändert wird, dass eine Stickstoffoxid-Emission und/oder der Verbrauch der Brennkraftmaschine abgesenkt werden; und/oder
- - wiederholtes Messen von mindestens einer Reaktionsgröße der Brennkraftmaschine, wobei die mindestens eine Reaktionsgröße abhängig von der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder dem momentanen Verbrauch der Brennkraftmaschine ist; und/oder
- - Ausgeben eines Korrektur-Unterbrechungssignals, falls die mindestens eine Reaktionsgröße einen vorbestimmten Grenzwert der Reaktionsgröße überschritten hat, wobei das Korrektur-Unterbrechungssignal zu einer Anpassung des initialen Korrekturwertes derart führt, dass der entsprechend bestimmte Soll-Wert der Regelgröße ein Halten der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder des momentanen Verbrauchs auf einem momentanen Pegel verursacht.
- - Determination of the initial correction value of the controlled variable such that the setpoint value of the controlled variable is changed by the initial correction value in such a way that nitrogen oxide emissions and / or the consumption of the internal combustion engine are reduced; and or
- - Repeated measuring of at least one reaction variable of the internal combustion engine, the at least one reaction variable being dependent on the current nitrogen oxide emission and / or the current consumption of the internal combustion engine; and or
- Output of a correction interruption signal if the at least one reaction variable has exceeded a predetermined limit value of the reaction variable, the correction interruption signal leading to an adaptation of the initial correction value in such a way that the correspondingly determined setpoint value of the controlled variable maintains the current nitrogen oxide emission and / or the current consumption at a current level.
Gemäß diesem Konzept der Erfindung wird besonders vorteilhaft sichergestellt, dass Verbrauch und Stickstoffoxid-Emission der Brennkraftmaschine so weit reduziert werden, wie es für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine noch möglich ist. Vorzugsweise ist hierbei die Reaktionsgröße eine Größe, die auf veränderte Werte des Verbrauchs und der Emission typischerweise reagiert aber nur innerhalb eines bekannten umgrenzten Bereichs zu einem sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine führt. Der Grenzwert der entsprechenden mindestens eine Reaktionsgröße ist typischerweise derart gewählt, dass nach einem Überschreiten des Grenzwerts ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mehr gewährleistet ist.
In dieser Weiterbildung wird vorteilhaft eine besonders geringe Emission und/oder ein besonders geringer Verbrauch der Brennkraftmaschine erreicht. Vorteilhaft an der Regelungsstruktur dieser Weiterbildung ist dabei, dass die Reduktion von Emission und/oder Verbrauch automatisiert erreicht werden kann.According to this concept of the invention, it is particularly advantageously ensured that consumption and nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine are reduced as far as is still possible for safe operation of the internal combustion engine. In this case, the response variable is preferably a variable which typically reacts to changed values of consumption and emissions but leads to safe operation of the internal combustion engine only within a known, delimited range. The limit value of the corresponding at least one reaction variable is typically selected in such a way that, after the limit value is exceeded, safe operation of the internal combustion engine is no longer guaranteed.
In this development, particularly low emissions and / or particularly low consumption of the internal combustion engine is advantageously achieved. The advantage of the control structure of this development is that the reduction in emissions and / or consumption can be achieved automatically.
Vorzugsweise werden mindestens 2 Reaktionsgrößen, besonders vorteilhaft mindestens 6 Reaktionsgrößen, wiederholt gemessen. Hierdurch können Schäden an der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch eine zu hohe Temperatur der Brennkraftmaschine, besonders sicher vermieden werden. Die Messung mehrerer Reaktionsgrößen erhöht zwar einen Zeitaufwand der Messung, aber da mittlerweile standardgemäß alle relevanten Kenngrößen der Brennkraftmaschine über entsprechende Sensoren gemessen werden, ergibt sich heraus kein zeitlicher Nachteil dieser Weiterbildung.Preferably at least 2 reaction variables, particularly advantageously at least 6 reaction variables, are measured repeatedly. In this way, damage to the internal combustion engine, for example due to an excessively high temperature of the internal combustion engine, can be avoided particularly reliably. The measurement of a plurality of reaction variables increases the time required for the measurement, but since all relevant parameters of the internal combustion engine are now measured as standard using appropriate sensors, this development does not result in any temporal disadvantage.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die vorbestimmte Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine und/oder das vorbestimmte Drehmoment (
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass
- - die genannte Mehrzahl von Regelgrößen (
RG ) mittels einer Sequenz von Regelungsschleifen jeweils umfassend die vorgenannten Schritte für die Systemgrößen, in der Reihenfolge Leistung, Aufladung und Verbrennung und/oder Emission sequenziell nacheinander geregelt werden.
- - the mentioned plurality of controlled variables (
RG ) by means of a sequence of control loops, each comprising the aforementioned steps for the system variables, in the order power, charging and combustion and / or emissions are controlled sequentially one after the other.
Diese Weiterbildung des Verfahrens ermöglicht darüber eine besonders einfache und schnelle Regelung der Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine. Eine einfache sequenzielle Regelungsstruktur mit der Begrenzung der Stellgröße ist hierbei besonders wenig anfällig für Störungen im laufenden Betrieb. Die jeweiligen Reglungen der Systemgröße werden somit vorzugsweise nicht parallel ausgeführt. Bevorzugt wird erst nachdem die geregelte und begrenzte oder geregelte und unbegrenzte Stellgröße zum Einstellen der Brennkraftmaschine ausgegeben wurde, der Soll-Wert zur Regelung einer nächsten Systemgröße ermittelt. Vorzugsweise werden die Schritte zum Regeln der mindestens zwei, insbesondere zwei bis acht, vorzugsweise vier Systemgrößen nach einer sequenziellen Abfolge wiederholt, insbesondere regelmäßig wiederholt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Systemgrößen im Bereich des angestrebten Betriebspunktes der Brennkraftmaschine liegen.This further development of the method also enables a particularly simple and rapid regulation of the plurality of system variables of the internal combustion engine. A simple sequential control structure with the limitation of the manipulated variable is particularly less prone to disturbances during operation. The respective controls of the system size are therefore preferably not carried out in parallel. The setpoint value for regulating a next system variable is preferably determined only after the regulated and limited or regulated and unlimited manipulated variable for setting the internal combustion engine has been output. The steps for regulating the at least two, in particular two to eight, preferably four, system variables are preferably repeated in a sequential sequence, in particular repeated regularly. This ensures that the system variables are in the range of the desired operating point of the internal combustion engine.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die genannte Mehrzahl von Regelgrößen mittels einer Sequenz von Regelungsschleifen jeweils umfassend die vorgenannten Schritte für die Systemgrößen, in der Reihenfolge Leistung, Aufladung und Verbrennung und/oder Emission sequenziell nacheinander geregelt werden. Insbesondere werden die Schritte zum Regeln der Systemgröße entsprechend sequenziell für eine Anzahl weiterer Systemgrößen wiederholt, wobei die weiteren Systemgrößen in der Reihenfolge Leistung, Aufladung, Verbrennung und/oder Emission betreffende Systemgröße geregelt werden. Diese Reihenfolge ist besonders vorteilhaft für die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs der Brennkraftmaschine.It is preferably provided that the aforementioned plurality of controlled variables are controlled sequentially one after the other by means of a sequence of control loops, each comprising the aforementioned steps for the system variables, in the order of power, charging and combustion and / or emissions. In particular, the steps for regulating the system size are correspondingly repeated sequentially for a number of further system variables, the further system variables being regulated in the order of the system variables relating to power, charging, combustion and / or emissions. This sequence is particularly advantageous for ensuring reliable operation of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Regelungsschleife die Schritte umfasst:
- - Bestimmen einer Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz (
ΔStG ) zwischen der geregelten Stellgröße (StG ) und einer geregelt begrenzten oder geregelt unbegrenzten Stellgröße (StG LIM ) abhängig vom Feststellen ob ein Betrag einer Differenz aus geregelter Stellgröße (StG ) und vorbestimmter Grenzstellgröße (GStG) größer ist als die vorbestimmte Grenzdifferenz, und - - Nutzen einer die Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz (
ΔStG ) kennzeichnenden Begrenzungsinformation (fi ,fi+1 ), beim Ermitteln (2 ,SOLL ) eines Soll-Wertes der Regelgröße (RG ) und/oder einer weiteren Regelgröße (RG ) in der Sequenz, abhängig von der Begrenzungsinformation (fi ,fi+1 ).
- - Determination of a manipulated variable limitation difference (
ΔStG ) between the controlled manipulated variable (StG ) and a regulated limited or regulated unlimited manipulated variable (StG LIM ) depending on whether an amount is a difference from the controlled manipulated variable (StG ) and predetermined limit manipulated variable (GStG) is greater than the predetermined limit difference, and - - Use one of the manipulated variable limitation difference (
ΔStG ) identifying delimitation information (fi ,fi + 1 ), when determining (2 ,SHOULD ) a set value of the controlled variable (RG ) and / or another controlled variable (RG ) in the sequence, depending on the limitation information (fi ,fi + 1 ).
Insbesondere haben sich die Schritte als bevorzugt erwiesen:
- - Begrenzen der geregelten Stellgröße (
StG ) zu einer begrenzten Stellgröße (StG LIM ), für den ersten Fall, dass ein Betrag der Differenz die vorbestimmte Grenzdifferenz übersteigt, und - - Beibehalten der geregelten Stellgröße (
StG ) als unbegrenzte Stellgröße (StG ), für den zweiten Fall, dass ein Betrag der Differenz die vorbestimmte Grenzdifferenz nicht übersteigt; sowie - - Einstellen (SET) der Brennkraftmaschine entsprechend der für den ersten Fall geregelten und begrenzten oder der für den zweiten Fall geregelten und unbegrenzten Stellgröße (
StG LIM ,StG ), insbesondere nach dem Feststellen, ob ein Betrag einer Differenz aus geregelter Stellgröße und vorbestimmter Grenzstellgröße größer ist als eine vorbestimmte Grenzdifferenz.
- - Limiting the controlled manipulated variable (
StG ) to a limited manipulated variable (StG LIM ), for the first case that an amount of the difference exceeds the predetermined limit difference, and - - Maintaining the regulated manipulated variable (
StG ) as an unlimited manipulated variable (StG ), for the second case that an amount of the difference does not exceed the predetermined limit difference; as - - Setting (SET) of the internal combustion engine according to the controlled and limited manipulated variable for the first case or the controlled and unlimited manipulated variable for the second case (
StG LIM ,StG ), in particular after determining whether an amount of a difference between the regulated manipulated variable and the predetermined limit manipulated variable is greater than a predetermined limit difference.
Insbesondere ist vorgesehen:
- - Ermitteln (
2 ,SOLL ) des Soll-Wertes der Regelgröße (RG ) abhängig von einer ersten Begrenzungsinformation (fi ), wobei die erste Begrenzungsinformation (fi ) im Rahmen einer in der Sequenz vorrangegangenen Regelungsschleife ausgegeben wird, insbesondere als erste Begrenzungsinformation (fi ) kennzeichnend eine Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz (ΔStG ) der vorangegangenen Regelungsschleife, und - - Nutzen der Begrenzungsinformation (
fi+1 ) als zweite Begrenzungsinformation (fi+1 ) beim Ermitteln (2 ,SOLL ) eines Soll-Wertes einer weiteren Regelgröße (RG ), abhängig von der zweiten Begrenzungsinformation (fi+1 ) im Rahmen einer in der Sequenz nachfolgenden Regelungsschleife.
- - Determine (
2 ,SHOULD ) the target value of the controlled variable (RG ) depending on a first limitation information (fi ), where the first limitation information (fi ) is output within the framework of a control loop that precedes the sequence, in particular as first limiting information (fi ) characterizing a manipulated variable limitation difference (ΔStG ) of the previous control loop, and - - Use of the limitation information (
fi + 1 ) as second limitation information (fi + 1 ) when determining (2 ,SHOULD ) a target value of another controlled variable (RG ), depending on the second limitation information (fi + 1 ) as part of a control loop following in the sequence.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schritte einer Regelungsschleife der Sequenz von Regelungsschleifen zum Regeln der Mehrzahl von Regelgrößen (
Im Rahmen dieser Weiterbildung werden die Regelkreise für die einzelnen Systemgrößen durch das Ausgeben und Empfangen der Begrenzungsinformation miteinander gekoppelt. Hierdurch entsteht eine vorgegebene zeitliche Abfolge von Regelungen und mithin eine sequenzielle Regelungsstruktur. In dieser Weiterbildung wird ein besonders stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt. Hierbei wird ein Soll-Wert zumindest einer Regelgröße abhängig von dem entsprechenden initialen Soll-Wert dieser Regelgröße und der entsprechend empfangenen Begrenzungsinformation bestimmt. Die zweite Begrenzungsinformation ist eine Funktion der Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz. Sie kann insbesondere eine binäre Information darüber sein, ob eine Begrenzung stattgefunden hat, sie kann die Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz selber sein oder einen anderen funktionalen Zusammenhang zur Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz aufweisen.As part of this development, the control loops for the individual system variables are coupled to one another by outputting and receiving the limitation information. This creates a predetermined time sequence of controls and consequently a sequential control structure. In this development, particularly stable operation of the internal combustion engine is ensured. Here, a setpoint value of at least one control variable is determined as a function of the corresponding initial setpoint value of this control variable and the correspondingly received limitation information. The second limitation information is a function of the difference between the manipulated variable and the limitation. In particular, it can be binary information about whether a limitation has taken place, it can be the manipulated variable-limitation difference itself or have some other functional relationship to the manipulated variable-limitation difference.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind bei dem Verfahren die Schritte zum Regeln der Systemgröße entsprechend sequenziell für eine Anzahl von mindestens zwei, insbesondere zwei bis acht, vorzugsweise vier Systemgrößen wiederholt werden. Hierbei wird die zweite Begrenzungsinformation vorzugsweise an eine zeitlich unmittelbar folgende Reglung zum Ermitteln eines entsprechenden Soll-Wertes ausgegeben. Die jeweiligen Reglungen der Systemgröße im Rahmen dieser Weiterbildungen werden vorzugsweise nicht parallel ausgeführt. Erst nachdem die geregelte und begrenzte oder geregelte und unbegrenzte Stellgröße zum Einstellen der Brennkraftmaschine ausgegeben wurde, wird der Soll-Wert zur Regelung einer nächsten Systemgröße ermittelt. Vorzugsweise werden die Schritte zum Regeln der mindestens zwei, insbesondere zwei bis acht, vorzugsweise vier Systemgrößen nach einer sequenziellen Abfolge wiederholt, insbesondere regelmäßig wiederholt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Systemgrößen im Bereich des angestrebten Betriebspunktes der Brennkraftmaschine liegen. Besonders bevorzugt werden die Schritte zum Regeln einer Systemgröße nach der sequenziellen Abfolge für verschiedene Systemgrößen bis zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere bis zum Abschalten der Brennkraftmaschine wiederholt.In a further preferred development, the steps for regulating the system variable are correspondingly repeated sequentially for a number of at least two, in particular two to eight, preferably four, system variables in the method. In this case, the second piece of limitation information is preferably output to a control immediately following in time for determining a corresponding setpoint value. The respective regulations of the system size in the context of these developments are preferably not carried out in parallel. Only after the regulated and limited or regulated and unlimited manipulated variable for setting the internal combustion engine has been output is the setpoint value for regulating a next system variable determined. The steps for regulating the at least two, in particular two to eight, preferably four, system variables are preferably repeated in a sequential sequence, in particular repeated regularly. This ensures that the system variables are in the range of the desired operating point of the internal combustion engine. The steps for regulating a system variable according to the sequential sequence for various system variables are particularly preferably repeated up to a later point in time, in particular until the internal combustion engine is switched off.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden aus der Mehrzahl von Systemgrößen Leistung, Aufladung, Verbrennung und/oder Emission betreffende Systemgrößen geregelt. Diese Größen stellen die zentralen Systemgrößen einer Brennkraftmaschine dar, so dass eine Regelung dieser Größen einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.In a preferred development of the method, system variables relating to power, charging, combustion and / or emissions are regulated from the plurality of system variables. These variables represent the central system variables of an internal combustion engine, so that regulation of these variables ensures reliable operation of the internal combustion engine.
Insbesondere werden die Schritte zum Regeln der Systemgröße entsprechend sequenziell für eine Anzahl weiterer Systemgrößen wiederholt, wobei die weiteren Systemgrößen in der Reihenfolge Leistung, Aufladung und Verbrennung betreffende Systemgröße geregelt werden. Diese Reihenfolge ist besonders vorteilhaft für die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs der Brennkraftmaschine. Unter einer Leistung betreffenden Systemgröße ist beispielsweise die Leistung der Brennkraftmaschine zu verstehen. Unter einer Aufladung betreffenden Systemgröße ist beispielsweise die Aufladung der Brennkraftmaschine zu verstehen. Unter einer Verbrennung betreffenden Systemgröße ist beispielsweise die Verbrennung der Brennkraftmaschine zu verstehen.In particular, the steps for regulating the system size are correspondingly repeated sequentially for a number of further system variables, the further system variables being regulated in the order of the system variable relating to power, charging and combustion. This sequence is particularly advantageous for ensuring reliable operation of the internal combustion engine. A system variable relating to power is to be understood as meaning, for example, the power of the internal combustion engine. A system variable relating to charging is understood to mean, for example, the charging of the internal combustion engine. A system variable relating to combustion is to be understood as meaning, for example, the combustion of the internal combustion engine.
Die Regelgröße ist stets eine Systemgröße betreffende Größe, insbesondere diejenige, welche die wirksamste Auswirkung auf die Systemgröße hat. Die Regelgröße ist damit zum Regeln der Stellgröße entsprechend aktueller Eigenschaften der Systemgröße vorgesehen. Vorteilhaft ist die Stellgröße der Regelgröße als maßgebliche, insbesondere sensitivste, Stellgröße zugeordnet. Vorzugsweise wird die Stellgröße der Regelgröße also als maßgebliche, insbesondere sensitivste, Stellgröße zugeordnet und dazu aus einer Gruppe von Stellgrößen derart ausgewählt wird, dass die Regelgröße sich bei einer Veränderung der maßgeblichen, insbesondere sensitivsten, Stellgröße stärker verändert als bei einer entsprechenden Veränderung einer anderen Stellgröße aus der Gruppe von Stellgrößen.The controlled variable is always a variable relating to the system variable, in particular that which has the most effective effect on the system variable. The controlled variable is therefore intended to regulate the manipulated variable according to current properties of the system variable. The manipulated variable is advantageous assigned to the controlled variable as the decisive, in particular the most sensitive, manipulated variable. Preferably, the manipulated variable is assigned to the controlled variable as the relevant, in particular most sensitive, manipulated variable and is selected from a group of manipulated variables in such a way that the controlled variable changes more when the relevant, in particular most sensitive, manipulated variable changes than when another manipulated variable changes from the group of manipulated variables.
Dies bedeutet insbesondere, dass die Systemgröße aus der Mehrzahl von Systemgrößen verglichen mit anderen Stellgrößen aus der Gruppe von Stellgrößen am sensitivsten auf eine Änderung der der Regelgröße zugeordneten Stellgröße reagiert.This means in particular that the system variable from the plurality of system variables reacts most sensitively to a change in the manipulated variable assigned to the controlled variable compared to other manipulated variables from the group of manipulated variables.
Vorzugsweise wird der Mehrzahl von Systemgrößen der Brennkraftmaschine umfassend wenigstens eine Leistung (
- - eine Drehzahl (n) und/oder Drehmoment (
M ) der Brennkraftmaschine, insbesondere betreffend die Leistung (P ); - - einen Ladeluftdruck (p5), insbesondere betreffend die Aufladung (
A ); - - einen Verbrennungsdruck (pMAX), insbesondere betreffend die Verbrennung (
V ); - - einen Umsatzpunkt (MFB), an dem eine bestimmte Menge der Kraftstoffmasse verbrannt sind, insbesondere einen 50% Umsatzpunkt (
EU50 ), insbesondere betreffend die Verbrennung (V ); - - einen Emissionswert (
be , NOx) betreffend die Emission (E).
- - a speed (n) and / or torque (
M. ) of the internal combustion engine, especially regarding the performance (P ); - - a charge air pressure (p5), in particular with regard to charging (
A. ); - - a combustion pressure (pMAX), in particular with regard to the combustion (
V ); - - a turnover point (MFB) at which a certain amount of the fuel mass has been burned, in particular a 50% turnover point (
EU50 ), especially with regard to combustion (V ); - - an emission value (
be , NOx) regarding the emission (E).
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Gruppe von Stellgrößen eine Kraftstoffmasse (
In einer bevorzugten Variante der vorgenannten Weiterbildung umfasst die erste Anzahl von Systemgrößen-betreffenden Regelgrößen einen Ladeluftdruck der Brennkraftmaschine, einen Spitzeneinspritzdruck der Brennkraftmaschine und/oder einen 50%-Umsatzzeitpunkt, an dem voraussichtlich 50% einer in die Brennkraftmaschine eingebrachten Kraftstoffmasse verbraucht sind. Durch diese Regelgrößen kann besonders schnell eine Reduzierung der Stickstoffoxidemission und/oder des Verbrauchs der Brennkraftmaschine erreicht werden. So kann über den Ladeluftdruck geregelt werden, dass ein Turbinen-Bypass länger geöffnet bleibt. Über den Spitzeneinspritzdruck kann geregelt werden, dass ein Einlassventil der Brennkraftmaschine früher geöffnet wird. Über den 50%-Umsatzzeitpunkt kann geregelt werden, dass der Einspritzbeginn für die Brennkraftmaschine auf einen früheren Zeitpunkt verschoben wird. Durch ein gezieltes Regeln dieser Größen der ersten Anzahl von Regelgrößen wird eine unnötig komplizierte und zeitaufwendige Regelung für alle weiteren Regelgrößen aus der zweiten Anzahl von Regelgrößen vermieden.In a preferred variant of the aforementioned development, the first number of control variables relating to system variables comprises a charge air pressure of the internal combustion engine, a peak injection pressure of the internal combustion engine and / or a 50% conversion time at which 50% of a fuel mass introduced into the internal combustion engine is expected to be consumed. A reduction in nitrogen oxide emissions and / or the consumption of the internal combustion engine can be achieved particularly quickly using these control variables. The charge air pressure can be used to regulate that a turbine bypass remains open longer. The peak injection pressure can be used to regulate that an intake valve of the internal combustion engine is opened earlier. The 50% conversion time can be used to regulate that the start of injection for the internal combustion engine is shifted to an earlier time. Targeted regulation of these variables of the first number of controlled variables avoids unnecessarily complicated and time-consuming regulation for all further controlled variables from the second number of controlled variables.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die vorbestimmte Drehzahl und/oder das vorbestimme Drehmoment gemäß einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vorbestimmt. Hierbei können die vorbestimmte Drehzahl und/oder das vorbestimmte Drehmoment dem im aktuellen Betriebspunkt vorliegenden oder gewünschten Wert für die Drehzahl und/oder das Drehmoment entsprechen. Initialer Soll-Wert oder Stellgröße können beispielsweise über vorbestimmte Kennfelder aus Drehzahl und/oder Drehmoment gewonnen werden. Die verwendeten Kennfelder können von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig sein.In a further development of the method according to the invention, the predetermined speed and / or the predetermined torque are predetermined according to a current operating point of the internal combustion engine. In this case, the predetermined speed and / or the predetermined torque can correspond to the value present or desired for the speed and / or the torque at the current operating point. Initial setpoints or manipulated variables can be obtained from speed and / or torque, for example, using predetermined characteristic maps. The maps used can be dependent on an operating point of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden die vorbestimmte Drehzahl und/oder das vorbestimme Drehmoment verwendet, um daraus eine über eine Kennfeld-Formel berechnete und über Prüfstandswerte validierte initiale Stellgröße und einen initialen Soll-Wert der Regelgröße zu erhalten. Besonders bevorzugt ist hierbei eine bezüglich der Drehzahl und/oder dem Drehmoment lineare Funktion. Durch die Verwendung von über Prüfstände validierten Stellgrößen und Soll-Werten können unvorhergesehene Zwischenfälle unter ungewöhnlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vermieden werden.In a preferred development, the predetermined rotational speed and / or the predetermined torque are used in order to obtain an initial manipulated variable and an initial setpoint value of the controlled variable calculated using a characteristic diagram formula and validated using test bench values. A linear function with respect to the speed and / or the torque is particularly preferred here. By using manipulated variables and target values validated via test stands, unforeseen incidents under unusual operating conditions of the internal combustion engine can be avoided.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte zum Vorbestimmen der initialen Stellgröße und/oder des initialen Soll-Werts auf:
- - Setzen von Randwertepaaren, die einen Validierungsbereich innerhalb eines Drehzahl- und/oder Drehmoment-abhängigen Kennfeldes für eine initiale Stellgröße und/oder einen initialen Soll-Wert bilden;
- - Berechnen von Zwischenwerten, die sich aus den Randwerten über die Kennfeld-Formel ergeben;
- - Validieren der Zwischenwerte über an einem Prüfstand vorbestimmte Prüfstandswerte;
- - Vorbestimmen der initialen Stellgröße und/oder des initialen Soll-Werts anhand der validierten und berechneten Zwischenwerte aus dem Kennfeld.
- Setting of boundary value pairs that form a validation range within a speed and / or torque-dependent characteristic field for an initial manipulated variable and / or an initial setpoint value;
- - Calculation of intermediate values that result from the boundary values using the map formula;
- - Validation of the intermediate values using test stand values predetermined on a test stand;
- - Predetermination of the initial manipulated variable and / or the initial setpoint value using the validated and calculated intermediate values from the map.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die initiale Stellgröße und der initiale Soll-Wert der Regelgröße linear von der vorbestimmten Drehzahl und/oder dem vorbestimmten Drehmoment abhängig. Insbesondere für kleine Abweichungen um einen gewünschten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ist die Annahme einer linearen Abhängigkeit typischerweise ausreichend genau und führt zusätzlich zu einer besonders einfachen Berechnung der initialen Stellgröße und des initialen Soll-Werts.In a preferred development, the initial manipulated variable and the initial setpoint value of the controlled variable are linearly dependent on the predetermined speed and / or the predetermined torque. In particular for small deviations from a desired operating point of the internal combustion engine, the assumption of a linear dependency is typically sufficiently accurate and additionally leads to a particularly simple calculation of the initial manipulated variable and the initial setpoint value.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Stellgröße Kraftstoffmasse zum Regeln einer Leistung-betreffenden Systemgröße, und/oder die Stellgröße Turbinenbypass-Öffnungszeit zum Regeln einer Aufladung-betreffenden Systemgröße, und/oder die Stellgröße Einspritzbeginn zum Regeln einer Verbrennung-betreffenden Systemgröße genutzt wird. Hierdurch ist typischerweise die Stellgröße derart ausgewählt, dass die Systemgröße am sensitivsten auf eine Änderung der zugeordneten Stellgröße reagiert.In a preferred development, the manipulated variable fuel mass is used to control a power-related system variable, and / or the manipulated variable turbine bypass opening time is used to control a charging-related system variable, and / or the manipulated variable injection start is used to control a combustion-related system variable. As a result, the manipulated variable is typically selected in such a way that the system variable reacts most sensitively to a change in the assigned manipulated variable.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Gruppe von Stellgrößen eine Kraftstoffmasse, eine Einlassventil-Öffnungszeit, eine Turbinenbypass-Öffnungszeit, eine Abgasrückführventil-Öffnungszeit und einen Einspritzbeginn. Die Stellgrößen aus dieser Gruppe von Stellgrößen lassen sich besonders vorteilhaft regeln. Insbesondere sind diese Stellgrößen einer besonders einfachen automatisierten Regelung zugänglich, beispielsweise durch eine automatisierte Steuerung von Bypass- oder Ventilöffnungszeiten.In a preferred development, the group of manipulated variables includes a fuel mass, an inlet valve opening time, a turbine bypass opening time, an exhaust gas recirculation valve opening time, and a start of injection. The manipulated variables from this group of manipulated variables can be regulated particularly advantageously. In particular, these manipulated variables are accessible to a particularly simple automated control system, for example through automated control of bypass or valve opening times.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die vorbestimmte Grenzstellgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängig. Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Abhängigkeit des Soll-Wertes der Regelgröße von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine, also von einem Initial-Soll-Wert, wird in dieser Weiterbildung ein Initial-Stellwert zu bestimmen der vorbestimmten Grenzstellgröße genutzt. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ die vorbestimmte Grenzfrequenz von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine abhängig sein.In a further development of the method according to the invention, the predetermined limit manipulated variable is dependent on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine. In addition to the dependency of the setpoint value of the controlled variable according to the invention on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine, i.e. on an initial setpoint value, an initial setpoint is used in this development to determine the predetermined limit control variable. Furthermore, the predetermined limit frequency can additionally or alternatively be dependent on the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine weist weiterhin auf:
- - eine Beobachtungseinrichtung, die ausgebildet ist, mindestens eine Reaktionsgröße der Brennkraftmaschine wiederholt zu messen, wobei die mindestens eine Reaktionsgröße abhängig von einer momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder einem momentanen Verbrauch der Brennkraftmaschine ist, und die weiterhin ausgebildet ist, ein Korrektur-Unterbrechungssignal auszugeben falls die mindestens eine Reaktionsgröße einen vorbestimmten Grenzwert der Reaktionsgröße überschritten hat, und wobei eine Korrektureinheit der Einrichtung oder das Sollgrößenmodul weiter ausgebildet sind, das Korrektur-Unterbrechungssignal zu empfangen und den initialen Korrekturwert derart anzupassen, dass der über dem initialen Korrekturwert ermittelten Soll-Wert der Regelgröße ein Halten der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder des momentanen Verbrauchs auf einem momentanen Pegel der Brennkraftmaschine verursacht.
- An observation device which is designed to repeatedly measure at least one reaction variable of the internal combustion engine, the at least one reaction variable being dependent on an instantaneous nitrogen oxide emission and / or an instantaneous consumption of the internal combustion engine, and which is also designed to output a correction interrupt signal if the at least one reaction variable has exceeded a predetermined limit value of the reaction variable, and wherein a correction unit of the device or the setpoint variable module are further designed to receive the correction interruption signal and to adapt the initial correction value in such a way that the setpoint value determined above the initial correction value is The controlled variable causes the instantaneous nitrogen oxide emissions and / or the instantaneous consumption to be kept at an instantaneous level of the internal combustion engine.
Diese Weiterbildung ermöglicht vorteilhaft ein automatisiertes Reduzieren der Emission und des Verbrauchs der Brennkraftmaschine, soweit dies möglich ist, ohne die Brennkraftmaschine zu schädigen. Eine Schädigung der Brennkraftmaschine ist typischerweise möglich, wenn der vorbestimmte Grenzwert der Reaktionsgröße überschritten wird.This development advantageously enables an automated reduction of the emissions and the consumption of the internal combustion engine, as far as this is possible without damaging the internal combustion engine. Damage to the internal combustion engine is typically possible if the predetermined limit value for the reaction variable is exceeded.
Gemäß einer Weiterbildung der Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine sind mindestens zwei Regelungen aus der Leistungsregelung, Aufladereglung und/oder Verbrennungsregelung ausgewählt, wobei die mindestens zwei Regelungen ausgebildet sind, sequenziell das jeweilige Einstellen der Brennkraftmaschine auszulösen. Vorzugsweise werden die mindestens zwei Regelungen sequenziell ausgelöst und bis zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise bis zu einem Ausschalten der Brennkraftmaschine wiederholt, insbesondere regelmäßig wiederholt.According to a development of the device for controlling and / or regulating an internal combustion engine, at least two controls are selected from power control, charging control and / or combustion control, the at least two controls being designed to sequentially trigger the respective setting of the internal combustion engine. The at least two controls are preferably triggered sequentially and repeated, in particular regularly repeated, until a later point in time, for example until the internal combustion engine is switched off.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This is not intended for the exemplary embodiments necessarily represent to scale, rather the drawing, where useful for explanation, is in a schematic and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings that can be seen directly from the drawing, reference is made to the relevant prior art. It must be taken into account here that various modifications and changes relating to the shape and detail of an embodiment can be made without deviating from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be essential for the development of the invention both individually and in any combination. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not restricted to the exact form or the detail of the preferred embodiment shown and described below, or restricted to an object which would be restricted in comparison to the object claimed in the claims. In the case of the specified measurement ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and be able to be used and claimed as required. For the sake of simplicity, the same reference symbols are used below for identical or similar parts or parts with identical or similar functions.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of the preferred exemplary embodiments and with reference to the drawing.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
-
1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, mit einer Leistungsregelung, einer Aufladereglung und einer Verbrennungsregelung; -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Regeln einer einzelnen Systemgröße aus einer Mehrzahl von Systemgrößen; -
3 eine tabellarische Zuordnung von Systemgrößen, Regelgrößen und Stellgrößen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens; -
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer sequenziellen Regelung von Systemgrößen gemäß dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens; -
5a)-e ) Diagramme mit zeitlichen Verläufen der Regelung von Kraftstoffverbrauch und Stickstoffoxidemission gemäß einem Ausführungsbeispiel, sowie ein entsprechender zeitlicher Verlaufvon 8 wiederholt gemessenen Reaktionsgrößen, die eine jeweilige Reaktion auf die Regelung von Kraftstoffverbrauch und Stickstoffoxidemission zeigen; nämlich die Reaktionsgrößen Abgastemperatur, Raildruck, und Ladedruck bzw. Turbinen-Bypass-Winkel, Spitzendruck bzw. Schließzeit des Einlassventils, 50%-Umsatzzeitpunkt bzw. Einspritzbeginn.
-
1 a representation of an embodiment of the device according to the invention for controlling and / or regulating an internal combustion engine, with a power control, a charging control and a combustion control; -
2 a schematic representation of an embodiment of a method for regulating a single system variable from a plurality of system variables; -
3 a tabular assignment of system variables, controlled variables and manipulated variables according to a further exemplary embodiment of the method; -
4th a schematic representation of an embodiment of a sequential regulation of system variables according to the embodiment of the method; -
5a) -e ) Diagrams with time profiles of the regulation of fuel consumption and nitrogen oxide emissions according to an exemplary embodiment, as well as a corresponding time profile of 8 repeatedly measured response variables which show a respective reaction to the regulation of fuel consumption and nitrogen oxide emissions; namely the reaction variables exhaust gas temperature, rail pressure and boost pressure or turbine bypass angle, peak pressure or closing time of the inlet valve, 50% conversion time and start of injection.
Die Einrichtung
Die Leistungsregelung
Das Sollgrößenmodul
Das Regelungsmodul
Das Begrenzungsmodul
Weiterhin weist die Einrichtung
Die Korrektureinheit
In einer nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Verbrennungsregelung weiterhin ausgebildet, die entsprechende Begrenzungsinformation an die Leistungsregelung auszugeben und das Sollgrößenmodul der Leistungsregelung ist weiterhin ausgebildet, die Begrenzungsinflation zu empfangen. Hierdurch kann eine wiederholte zeitliche Abfolge von Leistungsregelung, Aufladeregelung und Verbrennungsregelung gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung erfolgen.In an embodiment of the device according to the invention, which is not shown, the combustion control is also designed to output the corresponding limitation information to the power control, and the setpoint variable module of the power control is also designed to receive the limiting inflation. As a result, a repeated chronological sequence of power regulation, charging regulation and combustion regulation can take place according to an embodiment of the method according to the concept of the invention.
Ein erster Schritt umfasst ein Ermitteln
A first step includes determining
Abhängig von der ersten Begrenzungsinformation
Ein nächster Schritt umfasst ein Empfangen
Ein weiterer Schritt umfasst ein Vergleichen
Daraufhin erfolgt ein Vergleichen
- - Begrenzen der geregelten Stellgröße
StG zu einer begrenzten StellgrößeStG_LIM , für den Fall, dass ein Betrag der Differenz die vorbestimmte Grenzdifferenz übersteigt, und - - Beibehalten der unbegrenzten Stellgröße
StG , für den Fall, dass ein Betrag der Differenz die vorbestimmte Grenzdifferenz nicht übersteigt.
- - Limiting the controlled manipulated variable
StG to a limited manipulated variableStG_LIM , in the event that an amount of the difference exceeds the predetermined limit difference, and - - Maintaining the unlimited manipulated variable
StG , in the event that an amount of the difference does not exceed the predetermined limit difference.
Ein nächster Schritt umfasst ein Einstellen SET der Brennkraftmaschine entsprechend der geregelten und begrenzten oder geregelten und unbegrenzten Stellgröße
Ein weiterer Schritt umfasst ein Bestimmen einer Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz
In einem nächsten Schritt erfolgt ein Ausgeben einer die Stellgrößen-Begrenzungs-Differenz
Ein letzter Schritt besteht aus einem Nutzen der Begrenzungsinformation
Die Stellgröße ist aus einer Gruppe von Stellgrößen ausgewählt, die eine Kraftstoffmasse, eine Einlassventil-Öffnungszeit, eine Turbinenbypass-Öffnungszeit, eine Abgasrückführventil-Öffnungszeit und einen Einspritzbeginn umfasst. Hierbei ist die Stellgröße aus einer Gruppe von Stellgrößen derart ausgewählt, dass die Systemgröße sich bei einer Veränderung der Stellgröße stärker verändert als bei einer entsprechenden Veränderung einer anderen Stellgröße aus der Gruppe von Stellgrößen.The manipulated variable is selected from a group of manipulated variables which includes a fuel mass, an inlet valve opening time, a turbine bypass opening time, an exhaust gas recirculation valve opening time and a start of injection. Here, the manipulated variable is selected from a group of manipulated variables such that the system variable changes more strongly when the manipulated variable changes than when another manipulated variable from the group of manipulated variables changes.
Die Regelgröße betrifft eine durch das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung zu regelnde Systemgröße. Eine typische Zuordnung von Systemgrößen, Stellgrößen und Regelgrößen ist in
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind weitere Verfahrensschritte zum Bestimmen des initialen Korrekturwertes nicht in
- - Bestimmen des initialen Korrekturwertes der Regelgröße derart, dass der Soll-Wert der Regelgröße durch den initialen Korrekturwert so verändert wird, dass eine Stickstoffoxid-Emission und/oder der Verbrauch der Brennkraftmaschine abgesenkt werden;
- - wiederholtes Messen von mindestens einer Reaktionsgröße der Brennkraftmaschine, wobei die mindestens eine Reaktionsgröße abhängig von der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder dem momentanen Verbrauch der Brennkraftmaschine ist;
- - Ausgeben eines Korrektur-Unterbrechungssignals, falls die mindestens eine Reaktionsgröße einen vorbestimmten Grenzwert der Reaktionsgröße überschritten hat, wobei das Korrektur-Unterbrechungssignal zu einer Anpassung des initialen Korrekturwertes derart führt, dass der entsprechend bestimmte Soll-Wert der Regelgröße ein Halten der momentanen Stickstoffoxid-Emission und/oder des momentanen Verbrauchs auf einem momentanen Pegel verursacht.
- - Determination of the initial correction value of the controlled variable such that the setpoint value of the controlled variable is changed by the initial correction value in such a way that nitrogen oxide emissions and / or the consumption of the internal combustion engine are reduced;
- - Repeated measuring of at least one reaction variable of the internal combustion engine, the at least one reaction variable being dependent on the current nitrogen oxide emission and / or the current consumption of the internal combustion engine;
- Output of a correction interruption signal if the at least one reaction variable has exceeded a predetermined limit value of the reaction variable, the correction interruption signal leading to an adaptation of the initial correction value in such a way that the correspondingly determined setpoint value of the controlled variable maintains the current nitrogen oxide emission and / or the current consumption at a current level.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung weiterhin ein Bestimmen der vorbestimmten Grenzstellgröße abhängig von der vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder dem vorbestimmten Drehmoment der Brennkraftmaschine.In an embodiment not shown, the method according to the invention according to the concept of the invention further comprises determining the predetermined limit manipulated variable as a function of the predetermined speed of the internal combustion engine and / or the predetermined torque of the internal combustion engine.
Die Systemgröße
Die Systemgröße Aufladung
Die Systemgröße Verbrennung
Die Regelgröße ist stets eine Systemgröße betreffende Größe, da sie zum Regeln der Stellgröße entsprechend aktueller Eigenschaften der Systemgröße vorgesehen ist.The controlled variable is always a variable relating to the system variable, since it is provided for regulating the manipulated variable in accordance with current properties of the system variable.
In sämtlichen erfindungsgemäßen Regelungen wird ein initialer Soll-Wert der Regelgröße
Weiterhin wird in sämtlichen erfindungsgemäßen Regelungen an initialer Korrekturwert
Die initialen Korrekturwerte sind typischerweise so gewählt, dass durch den entsprechend ermittelten Soll-Wert die durch die Regelung beeinflusste Systemgröße sich derart verändert, dass Verbrauch
Weiterhin wird durch den Soll-Wert der Regelgröße die Stellgröße ausgehend von der initialen Stellgröße
Im Rahmen der Leistungsregelung
Die Darstellung in
In der Darstellung nach
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird die dargestellte sequenzielle Abfolge von Regelungen von Systemgrößen wiederholt, insbesondere regelmäßig wiederholt, wobei eine Begrenzungsinformation aus der zweiten Verbrennungsregelung von der Leistungsregelung zum Ermitteln eines Sollwertes der Motordrehzahl empfangen wird.In an embodiment not shown, the shown sequential sequence of controls of system variables is repeated, in particular repeated regularly, with limiting information from the second combustion control being received by the power control for determining a setpoint value of the engine speed.
Die jeweils zum Einstellen der Brennkraftmaschine genutzten geregelten Stellgrößen in der dargestellten Ausführungsform werden jeweils von einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Vorrichtung empfangen, deren konkrete Ausbildung dem Fachmann bekannt ist.The regulated manipulated variables used for setting the internal combustion engine in the embodiment shown are each received by a device assigned to the internal combustion engine, the specific design of which is known to the person skilled in the art.
Die Ausgabe der vorliegenden Ist-Werte der Regelgrößen erfolgt in der dargestellten Ausführungsform durch eine mit der Brennkraftmaschine verbundene Auswerteeinheit
In
Der zweite zeitliche Verlauf
Die
In dem ersten zeitlichen Verlauf
Der zweite zeitliche Verlauf
In
In
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Einrichtung zur Steuerung und/oder RegelungDevice for control and / or regulation
- 110110
- SollgrößenmodulTarget size module
- 120120
- RegelungsmodulControl module
- 130130
- BegrenzungsmodulLimiting module
- 140140
- BegrenzungsinformationLimitation information
- 145a145a
- initialer Soll-Wertinitial target value
- 145b145b
- initialer Korrekturwertinitial correction value
- 148a148a
- Ist-Wert der RegelgrößeActual value of the controlled variable
- 148b148b
- initiale Stellgrößeinitial manipulated variable
- 150150
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 160160
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 170170
- geregelte und begrenzte oder geregelte und unbegrenzte Stellgrößeregulated and limited or regulated and unlimited manipulated variable
- 180180
- KorrektureinheitCorrection unit
- 190190
- BeobachtungseinrichtungObservation device
- 510510
- zeitlicher Verlauf Stickstoffoxidemissiontime course of nitrogen oxide emissions
- 512512
- StickstoffoxidemissionNitrogen oxide emission
- 514, 524, 534514, 524, 534
- x-Ache; Zeitx-ache; time
- 515515
- stufenweise Reduzierunggradual reduction
- 516, 526516, 526
- konstanter Wertconstant value
- 520520
- zeitlicher Verlauf Kraftstoffverbrauchfuel consumption over time
- 522522
- KraftstoffverbrauchFuel consumption
- 525525
- Senkung des KraftstoffverbrauchsReduction in fuel consumption
- 530, 540, 550530, 540, 550
- weitere zeitliche Verläufe von Reaktionsgrößenfurther time courses of reaction variables
- 560, 570, 580 590, 595 532560, 570, 580 590, 595 532
- AbgastemperaturExhaust gas temperature
- 535535
- vorbestimmter Grenzwert der Abgastemperaturpredetermined limit value of the exhaust gas temperature
- 542542
- RaildruckRail pressure
- 552552
- LadedruckBoost pressure
- 562562
- Turbinen-Bypass-WinkelTurbine bypass angle
- 572572
- SpitzendruckPeak pressure
- 582582
- Schließzeit des EinlassventilsClosing time of the inlet valve
- 592592
- 50%-Umsatzzeitpunkt50% sales time
- 597597
- Einspritzbeginn Start of injection
- R_AR_A
- AufladeregelungCharge regulation
- R_PR_P
- LeistungsregelungPower regulation
- R_VR_V
- VerbrennungsregelungCombustion control
- R_V(1)R_V (1)
- erste Verbrennungsregelungfirst combustion control
- R_V(2)R_V (2)
- zweite Verbrennungsregelungsecond combustion control
- fi(n, M)fi (n, M)
- initialer Soll-Wertinitial target value
- Fi(n, M)F i (n, M)
- initiale Stellgrößeinitial manipulated variable
- Vi(Nox, be)V i (Nox, be)
- initialer Korrekturwertinitial correction value
- AA.
- AufladungCharging
- bebe
- KraftstoffverbrauchFuel consumption
- COMPCOMP
- Vergleichen von Soll-Wert und Ist-WertCompare the target value and the actual value
- BOIBOI
- EinspritzbeginnStart of injection
- EU50EU50
- 50%-Umsatzzeitpunkt, Soll-Umsatzzeitpinkt, Ist-Umsatzzeitpunkt50% sales time, target sales time, actual sales time
-
fi, fi+1fi,
fi + 1 - BegrenzungsinformationLimitation information
- ISTIS
- Empfangen von IST-WertReceiving the actual value
- KORRCORR
- Empfang des initialen KorrekturwertsReceipt of the initial correction value
- LIMLIM
- Vergleichen von geregelter Stellgröße und vorbestimmter GrenzstellgrößeComparison of the controlled manipulated variable and the predetermined limit manipulated variable
- m_KRSTm_KRST
- KraftstoffmasseFuel mass
- n_motn_mot
- MotordrehzahlEngine speed
- NoxNox
- StickstoffoxidemissionNitrogen oxide emission
- PP
- Leistungpower
- p_5p_5
- LadeluftdruckCharge air pressure
- RGRG
- RegelgrößeControlled variable
- SGSG
- SystemgrößeSystem size
- SOLLSHOULD
- Ermitteln von Soll-WertenDetermination of target values
- StGStG
- StellgrößeManipulated variable
- StG_LIMStG_LIM
- geregelte und begrenzte oder geregelte und unbegrenzte Stellgrößeregulated and limited or regulated and unlimited manipulated variable
- TBPTBP
- Turbinenbypass-ÖffnungszeitTurbine bypass opening time
- VV
- Verbrennungcombustion
- Δ StGΔ StG
- Stellgrößen-Begrenzungs-DifferenzManipulated variable limitation difference
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