DE102019214144A1 - Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf einer Drehzahl (DZ) der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, mit folgenden Schritten: Durchführen (110) einer Zündwinkel-Vorsteuerung, bei der Zündwinkel (ZW) von zu einem Zeitpunkt einer Stoppanforderung bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylindern so gewählt werden, dass sich eine vorgegebene Motorauslauflänge ergibt; und Regeln (120) einer Drehzahl (DZ) der Brennkraftmaschine mittels einer Trajektorienregelung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen im Motorauslauf eine Drehzahl prädiziert, d.h. vorhergesagt werden kann. Hierbei ist eine Zieldrehzahlregelung oder Trajektorienregelung bekannt, welche eine aktuelle Motordrehzahl so regelt, dass diese im letzten überstrichenen oberen Totpunkt der Kurbelwelle mit Zündung (ZOT) eine Zieldrehzahl erreichen soll. Es ist weiterhin bekannt, dass mithilfe der Zieldrehzahlregelung der Rückdrehpunkt eingegrenzt werden kann. Die Abstellposition der Kurbelwelle, in der die Kurbelwelle nach dem Auslauf der Brennkraftmaschine zur Ruhe kommt, ist von dem Rückdrehpunkt der Kurbelwelle, an dem der Wechsel der Rotationsrichtung der Kurbelwelle von vorwärts nach rückwärts im Motorauslauf stattfindet, d.h. der Zeitpunkt, an dem die Kurbelwelle temporär die Drehzahl null aufweist, zu unterscheiden, da im Allgemeinen die Kurbelwelle nicht an dem Rückdrehpunkt zur Ruhe kommt.
  • Bei der vorgesehenen Trajektorienregelung wird eine prädizierte Drehzahl, die sich in einem letzten ZOT vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine ohne Korrektureingriffe ergeben würde, mit einer gewünschten Drehzahl in dem letzten ZOT, der sogenannten Zieldrehzahl, verglichen und die sich dabei ergebende Differenz als Regelabweichung gebildet und einer Regelung zugeführt. Diese Differenz beruht auf Quadraten der Drehzahl und somit auf energetischer Basis.
  • Im Stand der Technik gibt es den Wunsch, die Drehzahl im letzten ZOT eines bestimmten Zylinders, im Folgenden Zielzylinder genannt, einzustellen, z.B., weil dies dann für den Folgestart vorteilhaft ist. Dies ist zum Beispiel bei dekomprimierbaren Motoren der Fall.
  • In der Druckschrift DE 10 2016 202 343 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem die Zieldrehzahlregelung eine bestimmte Motorauslauflänge benötigt, z.B. mindestens 15 ZOT, um die Zieldrehzahl robust und genau einregeln zu können. Dies bedeutet wiederum, dass die Leerlauf-Drehzahl soweit angehoben werden muss, dass die benötigte Motorauslauflänge zur Verfügung steht. Die angehobene Leerlauf-Drehzahl ist dabei deutlich größer als 1000 U/min, was einen Kraftstoffmehrverbrauch bedeutet, und umgekehrt auch, dass bei einem realen, tiefen Leerlaufniveau von z.B. 800 U/min eine Zieldrehzahlregelung nicht vollständig die Zieldrehzahl erreichen kann und dies somit zu einer vergrößerten Kurbelwellen-Abstellpositionsstreuung führt. Die Einheit U/min bedeutet Umdrehungen pro Minute und lautet in SI-Einheiten korrekterweise 1/min.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren dient der Steuerung eines Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine. Das Auslaufverhalten einer Brennkraftmaschine ist das Verhalten der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung.
  • Hierbei ist der zeitliche Verlauf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine Zündwinkel-Vorsteuerung durchgeführt, bei welcher Zündwinkel von zu einem Zeitpunkt einer Stoppanforderung bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylindern so gewählt werden, dass sich, bevorzugt im Zusammenspiel mit einer Trajektorienregelung, eine vorgegebene Motorauslauflänge ergibt. Das Prinzip des Zündwinkel-Vorsteuerungs-Verfahrens ist ein Vergleich der beobachteten Realität mit einem sogenannten Referenzauslauf.
  • In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine Drehzahl der Brennkraftmaschine mittels der Trajektorienregelung, bevorzugt auf eine Zieldrehzahl, geregelt.
  • Die zeitliche Reihenfolge des ersten und zweiten Schritts ist nicht fest vorgegeben. Der zweite Schritt kann nach der Stoppanforderung bis zum Stillstand der Kurbelwelle jederzeit durchgeführt werden. Der zweite Schritt kann jedoch auch erst nach einer vorgegebenen Zeit oder nach einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwelle nach der Stoppanforderung beginnen.
  • Bei dem ersten Schritt des Verfahrens ist es jedoch klar, dass dieser unmittelbar nach der Stoppanforderung durchgeführt wird. Der erste Schritt weist im Falle eines Vierzylindermotors typischerweise zwei Verbrennungsvorgänge in zwei Zylindern auf und ist danach beendet. Im Falle eines Motors mit n Zylindern, weist der erste Schritt typischerweise n/2 Verbrennungsvorgänge in typischerweise n/2 Zylindern auf. Der erste und zweite Schritt können auch gleichzählig ablaufen.
  • Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Nutzung der beiden drehmomentwirksamen Zündwinkeleingriffe als Vorsteuerung für die in der Regel später zu aktivierende Zieldrehzahlregelung zum einen kurze Ausläufe aus realen, tiefen Leerlauf-Drehzahlen beherrscht werden können und zum anderen die Streuung der Abstellposition der Kurbelwelle weiter reduziert wird.
  • Das Verfahren hat ferner den Vorteil, dass mittels der Zündwinkel-Vorsteuerung unmittelbar nach der Stoppanforderung allein durch geschickte Wahl der Zündwinkel jeder der vier Zylinder als letzter Zylinder mit seiner Zieldrehzahl realisiert werden kann. Ferner erfolgt dies nahezu verbrauchsneutral, da der Stoppbefehl nur um weniger als 180°KW verzögert werden muss. Dies beruht darauf, dass in Fällen in denen im Zeitpunkt der Stoppanforderung zwei mit Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllte Zylinder zur Verfügung stehen, deren Zündwinkel noch beeinflussbar ist, durch das Verfahren kein zusätzlicher Kraftstoffverbrauch auftritt. Nur in Fällen, in denen im Zeitpunkt der Stoppanforderung nur ein mit Kraftstoff befüllter Zylinder zur Verfügung steht, dessen Zündwinkel noch beeinflussbar ist, wird durch Manipulation der Motorsteuerung künstlich dafür gesorgt, dass ein weiterer Zylinder mit diesen Eigenschaften zu Verfügung gestellt wird, was einen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch verursacht. Im Winkelbereich von 180° zwischen zwei ZOTs tritt diese Situation aber typischerweise nur in einem Bereich von 60° zwischen der Festlegung des Zündwinkels eines Zylinders und der Festlegung der Einspritzung in einen anderen Zylinder im Steuergerät auf.
  • Ein besonderer Vorteil, den Zielzylinderwunsch mittels der Zündwinkel-Vorsteuerung zu realisieren, besteht darin, dass der Motorstoppbefehl beim Vierzylindermotor nicht um bis zu vier Zylinder verzögert werden muss, was wiederum eine Ersparnis des Kraftstoffverbrauchs bewirkt.
  • Mittels der Zündwinkel-Vorsteuerung kann der Motorauslauf um mehr als ein Arbeitsspiel verlängert werden, d.h. um mehr als 720° KW. Dies ist bereits mit der kleinsten Luftfüllung von ca. 16% möglich. Bei größeren Luftfüllungen ist die Motorauslaufverlängerung noch größer.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zündwinkel der zum Zeitpunkt der Stoppanforderung bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylinder aufgrund eines Vergleichs einer 360°-Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Stoppanforderung und einem Referenzauslauf gewählt.
  • Mit Kenntnis der 360°-Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Stoppanforderung, welche auch als Einstiegsdrehzahl bezeichnet wird, kann gemäß den Verfahren des Stands der Technik die Länge des Referenzauslaufs berechnet werden. Unterschiedliche Einstiegsdrehzahlen führen zu unterschiedlichen Längen des Referenzauslaufs. Hierbei entspricht einer vorgegebenen Länge des Referenzauslaufs jeweils eine vorgegebene Referenzdrehzahl.
  • Der Zylinder, der zum Zeitpunkt der Stoppanforderung im ZOT ist, wird vorliegend auch als Einstiegszylinder bezeichnet.
  • Falls die Referenzauslauflänge gewählt wird und die Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Stoppanforderung kleiner als die Referenzdrehzahl ist, so können die Zündwinkel so gewählt werden, dass die Drehzahl des Motors genau um einen solchen Betrag erhöht wird, dass die sich ergebende Drehzahl die Referenzdrehzahl ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es einen vorgegebenen Zusammenhang zwischen dem Zündwinkel der Zylinder und einer Drehzahlerhöhung gibt. Hierbei kann der Zusammenhang zwischen dem Zündwinkel der Zylinder und einem Quadrat der Drehzahlerhöhung in einer vereinfachten Betrachtung als näherungsweise linear angenommen werden. Die entsprechende Kennlinie, welche angibt, wieviel kinetische Energie bei welchen Zündwinkeln dem Motor zugeführt wird, nennt sich Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie. Diese Kennlinie ist vorwiegend abhängig von der Luftfüllung und bei einer relativen Luftfüllung von z.B. 20% beträgt das maximal der Kurbelwelle zuführbare Drehzahlquadrat 160.000 U2/min2 (160.000/min2).
  • Falls die Auslauflänge länger als die Referenzauslauflänge gewählt werden soll, z. B. wenn bei Stillstand des Motors ein bestimmter Zylinder gewählt werden soll, so kann durch geeignete Wahl der Zündwinkel dem Motor genau so viel kinetische Energie zugeführt werden, wie nötig ist, um die vorgegebene Auslauflänge zu erreichen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Referenzauslauf ein Verlauf an 360°-Motordrehzahlen in den jeweiligen ZOTs, die sich ergeben, wenn sowohl nach der Stoppanforderung die Zündwinkel drehmomentunwirksam gewählt werden als auch nach dem Zeitpunkt „Einlass schließt“ eines letzten befeuerten Zylinders ein Saugrohrdruck auf ein Niveau geregelt wird, welches unter Frischluft-Spül-Gesichtspunkten und Komfortgesichtspunkten gewählt ist. Ein entsprechendes Verfahren zur Frischluftkonditionierung beim Motorauslauf eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, wobei allen Zylindern in einem Frischluftbetrieb über ein Saugrohr Frischluft zugeführt wird, ist in der Druckschrift DE 10 2015 225 887 A1 offenbart. Die Länge des Referenzauslaufs ist der summierte Drehwinkel der Kurbelwelle während des Referenzauflaufs vom Zeitpunkt der Stoppanforderung bis zum Zeitpunkt, zu dem die Kurbelwelle eine vorgegebene Drehzahl, vorliegend von 250 U/min, aufweist.
  • Der Referenzauslauf ist bevorzugt ein vorgegebener Verlauf an 360°-Motordrehzahlen in den jeweiligen ZOTs und kann für eine gegebene Brennkraftmaschine werkseitig bestimmt werden.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für einen vorgegebenen Zylinder eine in einem letzten überstrichenen oberen Totpunkt der Kurbelwelle mit Zündung vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine gewünschte Zieldrehzahl einstellbar.
  • Da mittels der Zündwinkel-Vorsteuerung der Motorauslauf bis zu einem Arbeitsspiel verlängert werden kann, d. h. um bis zu 720° KW, kann für einen 4-Zylinder-Motor von jeder beliebigen Kurbelwellenposition, welche einem bestimmten Zylinder entspricht, jeder andere Zylinder erreicht werden. Bei einem 4-Zylinder-Motor werden die vier Zylinder, Zylinder 0, Zylinder 1, Zylinder 2 und Zylinder 3 genannt. Unabhängig von der physikalischen Anordnung der Zylinder ist ein ZOT eines vorgegebenen Zylinders jeweils um einen Drehwinkel von 180° KW verzögert gegenüber demjenigen Zylinder, dessen Ordnungszahl 1 niedriger ist. Beispielsweise ist der ZOT des Zylinders 1 um einen Drehwinkel von 180° Kurbelwelle gegenüber dem ZOT des Zylinders 0 verzögert. Ferner ist der ZOT des Zylinders 0 um einen Drehwinkel von 180° Kurbelwelle gegenüber dem ZOT des Zylinders 3 verzögert.
  • Eine zylinderabhängige Verlängerung des Auslaufs wird vorliegend Zylinderkorrektur genannt. Falls als Zielzylinder zum Beispiel Zylinder 2 gewünscht ist und der Einstiegszylinder ebenfalls Zylinder 2 ist, so ist die Zylinderkorrektur gleich Null. Falls der Zielzylinder Zylinder 2 und der Einstiegszylinder Zylinder 0 ist, so ist die Zylinderkorrektur gleich 2 ZOT.
  • Bevorzugt ist die Motorauslauflänge länger als 15 ZOTs, insbesondere um die Drehzahl stabil auf die Zieldrehzahl zu regeln.
  • Die Referenzauslauflänge beträgt ein ganzzahliges Vielfaches von Arbeitsspielen, beispielsweise 16 ZOTs. Diese Motorauslauflänge wird jedoch in der Realität nicht immer erreicht. Die wirkliche Motorauslauflänge, welche zum Zeitpunkt der Stoppanforderung Soll-Motorauslauflänge genannt wird, kann zwischen wenigen ZOTs bei niedriger Öltemperatur und niedriger Drehzahl und hunderten ZOTs bei hoher Öltemperatur und hoher Drehzahl schwanken.
  • Um die Soll-Motorauslauflänge zu bestimmen, wird die Zylinderkorrektur zur Referenzauslauflänge addiert. Wenn z. B. die Zylinderkorrektur gleich 2 ZOTs ist, so beträgt die Soll-Motorauslauflänge zunächst 18 ZOTs. Es kann jedoch notwendig sein, diesen Wert um eine sogenannte Drehzahlniveaukorrektur zu ergänzen. Wie bereits oben erwähnt entspricht der Länge des Referenzauslaufs eine Referenzdrehzahl, wobei unterschiedliche Längen des Referenzauslaufs unterschiedlichen Referenzdrehzahlen entsprechen. Falls die Einstiegsdrehzahl nicht im Bereich der Referenzdrehzahlen zwischen 14 und 18 ZOTs ist, so wird eine Drehzahlniveaukorrektur benötigt. Falls die Einstiegsdrehzahl kleiner als die Referenzdrehzahl ist, welche einer Motorauslauflänge von 14 ZOT entspricht, so wird zumindest eine Drehzahlniveaukorrektur von -4 ZOT benötigt, falls die Einstiegsdrehzahl noch größer ist als die Referenzdrehzahl ist, welche einer Motorauslauflänge von 10 ZOT entspricht.
  • Falls die Einstiegsdrehzahl größer als die Referenzdrehzahl ist, welche einer Motorauslauflänge von 18 ZOT entspricht, so wird zumindest eine Drehzahlniveaukorrektur von +4 ZOT benötigt, falls die Einstiegsdrehzahl noch kleiner ist als die Referenzdrehzahl ist, welche einer Motorauslauflänge von 22 ZOT entspricht.
  • Falls die Einstiegsdrehzahl im Bereich der Referenzdrehzahlen ist, welche Motorauslauflängen zwischen 14 und 18 ZOTs entsprechen, so kann es durch die Zündwinkel-Vorsteuerung erreicht werden, dass die Einstiegsdrehzahl genau auf die Referenzdrehzahl erhöht wird, welche der Soll-Motorauslauflänge entspricht.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Winkelbereich, in dem die Kurbelwelle zum Stillstand kommt, größer als 50° KW vor ZOT. Bevorzugt wird der vorgegebene Winkelbereich relativ zum letzten ZOT vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine bestimmt. Hierbei ist bevorzugt auch für jeden Zylinder der Drehwinkel der Kurbelwelle relativ zum jeweiligen ZOT bekannt. Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass die Länge des Motorauslaufs genau bestimmbar ist.
  • Bevorzugt kann durch geeignete Wahl der Zündwinkel ein Quadrat der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine um einen Wert erhöht werden, welcher den Motorauslauf um bis zu ein Arbeitsspiel verlängert, d. h. um bis zu 720° KW. Es ist weiter bevorzugt, dass dieser Wert zwischen 0 und 160.000 U2/min liegt. Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass eine Korrektur des Motorauslaufs um bis zu ein Arbeitsspiel erreichbar ist, wodurch eine beliebige Kurbelwellenposition für jeden Zylinder erreichbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Trajektorienregelung bei einem Vierzylindermotor später als 5 ZOT nach der Stoppanforderung aktiviert. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss der Vorsteuerung in den ersten 5 ZOT nach der Stoppanforderung nicht die Regelung beeinflusst. Nach den ersten 5 ZOT ist der Einfluss der Vorsteuerung auf die Kurbelwelle verschwunden und die Regelung nutzt den verbleibenden Restlaufwinkel, um das Erreichen der Zieldrehzahl sicherzustellen.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, das Auslaufverhalten einer Brennkraftmaschine zu regeln.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt eine Tabelle für einen Referenzauslauf, welcher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für die Trajektorienregelung verwendet wird.
    • 3 zeigt eine Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie, welche zur Zündwinkel-Vorsteuerung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
    • 4 zeigt eine Messung zweier Motorausläufe, wobei der eine Motorauslauf das erfindungsgemäße Verfahren verwendet und der andere nicht.
    • 5 zeigt die Drehzahlen der beiden in 4 gezeigten Motorausläufe.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 100 zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine beginnt in Schritt 122 damit, dass die Einstiegsdrehzahl, d.h. die 360°-Motordrehzahl der Kurbelwelle zu einem Zeitpunkt einer Stoppanforderung ermittelt wird.
  • Im nächsten Schritt 124 wird der Zielzylinder ermittelt. Dieser kann sich je nach Anwendung unterscheiden.
  • Im darauffolgenden Schritt 126 wird die Zylinderkorrektur ermittelt, indem die Differenz des Zielzylinders und des Einstiegszylinders berechnet wird.
  • Im nächsten Schritt 128 wird eine Drehzahlniveaukorrektur ermittelt. Wie bereits oben erläutert, wird eine solche notwendig, falls die Einstiegsdrehzahl sich zu stark von der Referenzdrehzahl unterscheidet.
  • Im nächsten Schritt 130 wird die Soll-Motorauslauflänge als Summe der Referenzauslauflänge, der Zylinderkorrektur und der Drehzahlniveaukorrektur berechnet.
  • Im nächsten Schritt 132 wird die der Referenzauslauflänge entsprechende Referenzdrehzahl ermittelt.
  • Im nächsten Schritt 134 wird die Differenz aus dem Einstiegsdrehzahlquadrat, d. h. dem initialen Wert des Drehzahlquadrats, und dem in Schritt 132 ermittelten Referenzdrehzahlquadrat berechnet.
  • Im nächsten Schritt 136 wird mithilfe der Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie der Zündwinkel ermittelt, welcher notwendig ist, um die Einstiegsdrehzahl auf die in Schritt 132 ermittelte Referenzdrehzahl zu erhöhen.
  • Im darauffolgenden Schritt 138 werden die beiden zum Zeitpunkt der Stoppanforderung bereits mit Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylinder mit dem in Schritt 136 ermittelten Zündwinkel befeuert.
  • Der Schritt 110 des Durchführens der Zündwinkel-Vorsteuerung weist die Schritte 122 bis 138 auf.
  • In nächsten Schritt 140 wird bis zum fünften ZOT nach Stoppanforderung gewartet.
  • Im darauf folgenden Schritt 120 wird die aus dem Stand der Technik bekannte Zieldrehzahlregelung oder Trajektorienregelung eingeschaltet.
  • Im letzten Schritt 142 des Verfahrens kommt die Kurbelwelle nach der Soll-Motorauslauflänge zum Stillstand.
  • 2 zeigt eine Tabelle für einen Referenzauslauf und 3 zeigt eine Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie. Anhand der 2 und 3 sollen einige Beispiele für Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine mit konkreten Einstiegsdrehzahlen vorgestellt werden.
  • 2 zeigt eine Tabelle für einen Referenzauslauf für einen Vierzylinder-Ottomotor bei einer Öltemperatur 90 °C.
  • In der Tabelle sind die Spalten Referenzauslauflänge RAL, Zylinder ZYL, Referenzdrehzahl RDZ und Referenzdrehzahlquadrat RDZ2 angegeben.
  • Der vorliegende Referenzauslauf hat die Zieldrehzahl 250 U/min, welche sich in der untersten Zeile in der Spalte Referenzdrehzahl findet. Diese kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Verfahrens auf einen Bereich von 240 U/min bis 260 U/min genau eingestellt werden. Vorliegend ist der Zielzylinder Zylinder 0. Die vier Zylinder ZYL des Ottomotors werden zwischen 0 und 3 nummeriert. Falls ein anderer Zielzylinder gewünscht ist, so müssen die Zylinder dementsprechend im Geiste umnummeriert werden. In der Spalte Referenzauslauflänge ist, wenn man die Spalte von unten nach oben liest, beginnend von 0 die Referenzauslauflänge in Einheiten von ZOT tabelliert. In der Tabelle kann ebenfalls abgelesen werden, welche Referenzdrehzahl RDZ welcher Referenzauslauflänge entspricht, welche in Umdrehungen pro Minute angegeben ist. In einer weiteren Spalte ist das Quadrat der Referenzdrehzahl RDZ2 angegeben, welches proportional zur kinetischen Energie ist. Vorliegend kann mit der Zündwinkel-Vorsteuerung das Drehzahlquadrat RDZ2 um einen Wert, welcher zwischen 0 und 160.000 U2/min2 liegt, erhöht werden.
  • 3 zeigt eine Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie. Die Zündwinkel-Wirkungsgrad-Kennlinie ist für dasselbe System gültig, welches im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Hierbei ist auf der Abszisse eine Differenz Δn2 des Quadrates der Drehzahl aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Zündwinkel ZW aufgetragen, welcher in °KW vor ZOT gemessen wird. Somit bedeutet der Wert 20 °KW des Zündwinkels, bei dem sich das Drehzahlquadrat um einen maximalen Wert von 160.000 U2/min2 erhöht, eine Kurbelwellenposition von 20° KW vor ZOT. Der Wert -30 °KW des Zündwinkels bedeutet eine Kurbelwellenposition von 30° KW nach ZOT. Die Vorzeichen „+“ bzw. „-“ stehen somit für vor bzw. nach ZOT. Man erkennt einen linearen Zusammenhang zwischen einer Zunahme des Quadrats der Drehzahl, welche proportional zu einer kinetischen Energie des Motors ist, und dem Zündwinkel ZW. Hierbei ist vorausgesetzt, dass die zwei Zündungen mit demselben Zündwinkel durchgeführt werden. Die Kennlinie der 3 stellt eine Vereinfachung dar, da die Kennlinie in Realität nicht linear ist. Ferner erkennt man, dass bei einem Zündwinkel von 20° KW vor ZOT die Differenz Δn2 des Drehzahlquadrates einen maximalen Wert von 160.000 U2/min2 erreicht.
  • Anhand 2 und 3 werden nachstehend einige exemplarische Fälle für Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens vorgestellt.
  • Falls der Einstiegszylinder Zylinder 2 ist, die Einstiegsdrehzahl 836,66 U/min beträgt und der Zielzylinder ebenfalls Zylinder 2 ist, so wird zunächst festgestellt, dass die Zylinderkorrektur 0 ZOT beträgt. Dies ergibt einen Wert von 16 ZOT für den Referenzauslauf. Falls die Einstiegsdrehzahl zwischen 836,66 U/min und 734,85 U/min liegt, so ergibt sich ebenfalls ein Wert von 16 ZOT für den Referenzauslauf, wobei die Zündwinkel entsprechend gewählt werden müssen. Dies bedeutet, dass bei der Einstiegsdrehzahl von 836,66 U/min die Zündwinkel so gewählt werden können, dass keine kinetische Energie dem Motor oder der Kurbelwelle zugeführt wird und bei einer Einstiegsdrehzahl größer als 734,85 U/min, werden die Zündwinkel so gewählt, dass sich das Drehzahlquadrat um 160.000 U2/min2 erhöht. Für den Fall, dass die Einstiegsdrehzahl 806,23 U/min beträgt, was einem Drehzahlquadrat von 650.000 U2/min2 entspricht, so ist als zuzuführendes Drehzahlquadrat 50.000 U2/min2 zu wählen, um auf ein Drehzahlquadrat von 700.000 U2/min2 zu kommen (siehe Zeile bei der Referenzauslauflänge 16 ZOT in 2). Das zuzuführende Drehzahlquadrat von 50.000 U2/min2 entspricht einer Zündwinkelausgabe von zweimal 14,4°KW nach ZOT, wie 3 entnommen werden kann.
  • Falls die Einstiegsdrehzahl kleiner als 734,85 U/min ist und das Drehzahlquadrat zwischen 540.000 und 380.000 liegt, so beträgt die Drehzahlniveaukorrektur -4 ZOT. Bei noch kleineren Einstiegsdrehzahlen kann die Drehzahlniveaukorrektur -8 ZOT betragen.
  • Bei der Drehzahlprädiktion ist zu beachten, dass in der oben gezeigten 2 aus didaktischen Gründen das Abbaumaß des Drehzahlquadrats gleich einem konstanten Wert von 40.000 U2/min2 gewählt wurde und somit drehzahlunabhängig ist. In der Realität ist dies jedoch eine drehzahlabhängige Kennlinie. Das Abbaumaß des Drehzahlquadrats gibt an, dass sich innerhalb eines Drehwinkels von 180° KW das Drehzahlquadrat um das Abbaumaß reduziert. Das Abbaumaß des Drehzahlquadrats wird gelegentlich inkorrekter Weise auch als Energieabbaumaß bezeichnet und durch die Abkürzung DNQ abgekürzt.
  • Der Referenzauslauf ist ferner öltemperaturabhängig. Kleinere Öltemperaturen als 90°C führen dabei zu entsprechend größeren Einstiegsdrehzahlen.
  • Falls die Einstiegsdrehzahl zwischen 836,66 U/min und 927,36 U/min liegt, so ist die zuzuführende Energie so zu wählen, dass das Soll-Niveau 860.000 U2/min2 entsprechend einer Drehzahl von 927,36 U/min erreicht wird. Die Drehzahlniveaukorrektur ist dann +4 ZOT. Bei noch höheren Einstiegsdrehzahlen als 927,36 U/min ergeben sich Drehzahlniveaukorrekturen von +4 ZOT, +8 ZOT, +12 ZOT usw.
  • Falls der Einstiegszylinder Zylinder 1 ist und der Zielzylinder Zylinder 2 ist, so wird zunächst festgestellt, dass die Zylinderkorrektur +1 ZOT beträgt. Es ist zunächst zu prüfen, ob die Einstiegsdrehzahl zwischen 761,58 U/min und 860,23 U/min liegt, was einer Referenzauslauflänge zwischen 13 und 17 ZOT entspricht. In diesem Fall wäre die Drehzahlniveaukorrektur 0 ZOT. Falls die Einstiegsdrehzahl aber zwischen 860,23 U/min und 948,68 U/min liegt, so ist die Drehzahlniveaukorrektur +4 ZOT. Falls die Einstiegsdrehzahl 714,14 U/min ist, was einem Drehzahlquadrat von 510.000 U2/min2 entspricht, und somit zwischen 648,07 U/min und 761,58 U/min liegt, so ist die Drehzahlniveaukorrektur -4 ZOT. Als zuzuführende Energie ist dann 70.000 U2/min2 zu wählen, was einer Zündwinkelausgabe von zweimal 8,1°KW nach ZOT entspricht. Der resultierende Motorauslauf im gezeigten Beispiel ist somit 16 ZOT + 1 ZOT - 4 ZOT = 13 ZOT nach Stoppanforderung, was von der Zieldrehzahlregelung genauso realisiert wird.
  • 4 zeigt eine Messung zweier unterschiedlicher Motorausläufe A und B. Die Zündwinkel der letzten beiden Verbrennungen bei Motorauslauf A sind 21° KW nach ZOT, und bei Motorauslauf B 21° KW vor ZOT. Somit liegt bei Motorauslauf A der Fall vor, dass keine Drehzahlerhöhung stattfindet, während bei Auslauf B das Drehzahlquadrat sich um 140.000 U2/min2 erhöht. Ein Vergleich der beiden Messungen zeigt, dass sich der Motorauslauf B im Vergleich zu Motorauslauf A um mehr als ein ganzes Arbeitsspiel verlängert. 5 zeigt die Drehzahlen der beiden Ausläufe nach einer gewissen Anzahl von ZOT.
  • Auf der linken Achse ist die Motordrehzahl DZ in U/min und auf der rechten Achse ist der Zündwinkel ZW in °KW aufgetragen. Zum Zeitpunkt 0 ms wird die Stoppanforderung gegeben. Diese Stelle ist somit 0 ZOT nach der Stoppanforderung. Man sieht, dass vor der Stoppanforderung die Zündwinkel der beiden Ausläufe A und B um 0° KW schwanken und bei 0 ms für den Auslauf A auf 21° KW nach ZOT, und für den Auslauf B auf 21° KW vor ZOT gesetzt werden. Der Graph 200 zeigt den Zündwinkel für Auslauf A und Graph 202 zeigt den Zündwinkel für Auslauf B. Da für den Vierzylindermotor lediglich zwei Zylinder noch gezündet werden, enden die Graphen 200, 202 nach der Stoppanforderung.
  • Graph 204 zeigt die Drehzahl DZ für Auslauf A und Graph 206 zeigt die Drehzahl DZ für Auslauf B. Zum Zeitpunkt 1 oder 2 ZOT erkennt man an Graph 206, dass sich die Drehzahl des Auslaufs B gegenüber der Drehzahl des Auslaufs A erhöht, was daran liegt, dass in zwei Schritten, welche den zwei Zündungen der Zylinder entsprechen, die Drehzahl des Auslaufs B gegenüber der Drehzahl des Auslaufs A erhöht wird. In 5 erkennt man, dass nach dem fünften ZOT die Drehzahl des Auslaufs A lediglich 854 U/min beträgt, wohingegen die Drehzahl des Auslaufs B bei 932 U/min liegt. Nach dem 24. ZOT beträgt die Drehzahl des Auslaufs A 257 U/min, also ein Wert, der sehr nahe bei der Drehzahl 250 U/min liegt, auf welche die Zieldrehzahlregelung regelt, während die Drehzahl des Auslaufs B noch bei 462 U/min liegt.
  • In 4 sind weiterhin noch der Graph 208 für den Saugrohrdruck des Auslaufs A und der Graph 210 für den Saugrohrdruck des Auslaufs B dargestellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016202343 A1 [0005]
    • DE 102015225887 A1 [0021]

Claims (9)

  1. Verfahren (100) zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf einer Drehzahl (DZ) der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, mit folgenden Schritten: Durchführen (110) einer Zündwinkel-Vorsteuerung, bei der Zündwinkel (ZW) von zu einem Zeitpunkt einer Stoppanforderung bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylindern so gewählt werden, dass sich eine vorgegebene Motorauslauflänge ergibt; und Regeln (120) einer Drehzahl (DZ) der Brennkraftmaschine mittels einer Trajektorienregelung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündwinkel (ZW) der zum Zeitpunkt der Stoppanforderung bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllten Zylindern aufgrund eines Vergleichs (132) einer 360°-Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Stoppanforderung und einem Referenzauslauf (RAL) gewählt werden (134).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzauslauf (RAL) ein Verlauf an 360°-Motordrehzahlen in den jeweiligen ZOTs ist, die sich ergeben, wenn sowohl nach der Stoppanforderung die Zündwinkel (ZW) drehmomentunwirksam gewählt werden als auch nach dem Zeitpunkt „Einlass schließt“ eines letzten befeuerten Zylinders ein Saugrohrdruck auf ein Niveau geregelt wird, welches unter Frischluft-Spül-Gesichtspunkten und Komfortgesichtspunkten gewählt ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen vorgegebenen Zylinder eine in einem letzten überstrichenen oberen Totpunkt der Kurbelwelle mit Zündung (ZOT) vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine gewünschte Zieldrehzahl einstellbar ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete Wahl der Zündwinkel (ZW) ein Quadrat der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine um einen Wert erhöht werden kann, welcher den Motorauslauf um bis zu einem Arbeitsspiel verlängert.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorienregelung bei einem Vierzylindermotor später als 5 ZOT nach der Stoppanforderung aktiviert wird.
  7. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
  8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorangegangenen Anspruch gespeichert ist.
  9. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
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CN112664337A (zh) * 2019-10-16 2021-04-16 罗伯特·博世有限公司 用于使内燃机停机的方法

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