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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine
gemäß eines
oder mehrerer physikalischer Modelle, wobei Messwerte und Stellwerte
als dem physikalischen Modell zugrunde liegende Systemgrößen zur
Verfügung
gestellt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung
zum regeln einer Brennkraftmaschine gemäß einem oder mehrerer physikalischer
Modelle.
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Motorsteuerungen
für Brennkraftmaschinen verwenden üblicherweise
physikalische Modelle, die Parameter aufweisen, über die der ideale Zustand der
Brennkraftmaschine beschrieben werden kann. In der Realität weichen
die zugrundeliegenden Parameter des physikalischen Modells im allgemeinen von
den realen Parametern des Motors ab. Um die physikalischen Modelle
mit den tatsächlichen
Verhältnissen
in der Brennkraftmaschine abzugleichen, werden Adaptionen der Parameter
durchgeführt,
die auf einem Vergleich zwischen gemessenen Größen und theoretisch zu erwartenden
Werten basieren. Die Parameter werden adaptiert, indem diese mit
einem oder mehreren Adaptionswerten beaufschlagt werden.
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Es
ist wünschenswert,
dass die Adaptionen so ausgeführt
werden, dass diejenigen Parameter der physikalischen Modelle mit
Adaptionswerten beaufschlagt werden, die tatsächlich die Ursache für die Abweichung
zwischen den physikalischen Modellen und den realen Verhältnissen
in der Brennkraftmaschine sind. Werden diejenigen Parameter mit
Hilfe von Adaptionswerten korrigiert, die tatsächlich die Ursache für die Abweichung zwischen
Modell und Realität
sind, liefern die physikalischen Modelle auch bei schnellen Änderungen
des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine genaue Ergebnisse, ohne
dass ein erneutes Adaptieren erforderlich ist. Werden andere Parameter
adaptiert, die nicht die Ursache für die Abweichung zwischen Modell
und den realen Verhältnissen
sind, so ist bei einer Änderung
des Betriebspunktes in der Regel eine erneute Adaption erforderlich.
Die Zuordnung von Abweichungen zu den richtigen Systemgrößen (Parametern)
kann jedoch schwierig sein, da häufig
die Anzahl der Sensoren, um die Größen zu messen, begrenzt ist.
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Ein
solches Problem liegt bei Brennkraftmaschinen vor, die über einen
Saugrohrdrucksensor in einem Ansaugtrakt jedoch über keinen Luftmassensensor
verfügen,
insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit variabler Ventilsteuerung.
Der Saugrohrdruck hängt
in solchen Systemen vor allem vom Strömungsquerschnitt an einer Drosselklappe,
und vom Schluckvermögen
des Motors ab. Das Schluckvermögen
des Motors ist im wesentlichen durch die Stellungen der Einlass-
und Auslassventile bzw. durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine
bestimmt. Stellt der Saugrohrdrucksensor einen Saugrohrdruck fest,
der höher
ist als der theoretisch zu erwartende Wert, so kann dies durch einen
größeren Strömungsquerschnitt
an der Drosselklappe als von dem entsprechenden Parameter angegeben
oder durch ein geringeres Schluckvermögen als durch den entsprechenden
Parameter angegeben, verursacht werden. Wird in diesem Zustand der
Strömungsquerschnitt der
Drosselklappe nach oben adaptiert, so wird die berechnete Luftmasse
zu groß und
die Einspritzmenge fälschlicherweise
erhöht.
Dies resultiert in einem zu fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
dem Verbrennungsraum des Brennkraftmotors. Das zu fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann
mit der Lambda-Sonde erkannt werden. Das ge messene Luft-Kraftstoff-Verhältnis führt zu einer
Adaption der eingespritzten Kraftstoffmenge, die dadurch reduziert
wird, d.h. der entsprechende Adaptionswert für die Kraftstoffmenge wird
verringert. Damit kann das gewünschte
Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten
werden. Obwohl auf diese Weise das Modell für einen bestimmten Betriebspunkt
des Brennkraftmotors in Einklang mit den Messwerten gebracht werden
kann, werden dennoch falsche Parameter adaptiert, die bei einem
anderen Betriebspunkt fehlerhafte Modellparameter bestimmen, so
dass eine erneute Adaption durchgeführt werden muss. Dies würde dazu
führen, dass
das zugrunde liegende physikalische Modell bei sich ändernden
Betriebszuständen
ständig
an den veränderten
Betriebszustand angepasst werden muss. Dadurch kann eine Anpassung
des physikalischen Modells nur bei einem statischen Betriebszustand
durchgeführt
werden.
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Aus
der Druckschrift WO 97/35106 A2 ist ein solches physikalisches Modell
zur Ermittlung des Luftmassenstroms bekannt, der mit Hilfe des gemessenen
Saugrohrdrucks ermittelt wird. Es ist weiterhin eine Adaption vorgesehen,
um die Modellparameter in einem stationären und in einem instationären Betrieb
permanent zu korrigieren, um die Genauigkeit des gewählten physikalischen
Modells anzupassen.
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In
der Druckschrift WO 96/32579 A1 ist ein Verfahren zum modellgestützten Bestimmen
der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Luftmasse
beschrieben. Die Berechnung der tatsächlich in den Zylinder einströmenden Luftmasse geschieht
mit Hilfe eines Saugrohrfüllungsmodells, das
aus den Eingangsgrößen Drosselklappenöffnungswinkel,
Umgebungsdruck und Parametern, die die Ventilsteuerung repräsentieren,
eine Lastgröße liefert,
auf dessen Grundlage die Einspritzzeit bestimmt wird. Außerdem wird
die se Lastgröße zur Prädiktion
herangezogen, um die Lastgröße zu einem Zeitpunkt
abzuschätzen,
der mindestens einen Abtastschritt später liegt als die aktuelle
Berechnung der Einspritzzeit.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern
einer Brennkraftmaschine gemäß eines
oder mehrerer physikalischer Modelle vorzusehen, bei dem die Parameter
des physikalischen Modells in verbesserter Weise adaptiert werden
können.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
vorgesehen, die eine Steuerung auf Grundlage eines oder mehrerer
physikalischer Modelle aufweist,
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern
einer Brennkraftmaschine gemäß eines
oder mehrerer physikalischer Modelle vorgesehen. Messwerte und Stellwerte
werden als Systemgrößen zur
Verfügung gestellt,
die dem physikalischen Modell zugrunde liegen. Die Systemgrößen sind
jeweils mit einem oder mehreren Adaptionswerten beaufschlagbar,
um das physikalische Modell an reale Zustände der Brennkraftmaschine
anzupassen. Anhand der Systemgrößen werden
Schätzgrößen ermittelt,
wobei in einer Messung der Schätzgrößen zugrunde
liegenden physikalischen Größen Messgrößen ermittelt
werden. Die Messgrößen werden
bezüglich
der Schätzgrößen bewertet
und gemäß einem
Adaptionsverfahren mithilfe der Messgrößenadaptionswerte für zumindest
einen Teil der Systemgrößen ermittelt.
Abhängig von
den Adaptionswerten wir ein erster Betriebsmodus oder ein zweiter
Betriebsmodus eingenommen. Vorzugsweise wird im ersten Betriebsmodus
das Adaptionsverfahren und in einem zweiten Betriebsmodus ein weiteres
Adaptionsverfahren durchgeführt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird anhand einer ersten Systemgröße und/oder einer zweiten Systemgröße und/oder
einer dritten Systemgröße eine
erste Schätzgröße und eine
zweite Schätzgröße ermittelt.
In einer Messung einer der ersten Schätzgrößen zugrunde liegenden physikalischen
Größe z. B.
in einem Abgastrakt wird eine erste Messgröße ermittelt und in einer Messung
einer der zweiten Schätzgröße zugrunde liegenden
physikalischen Größe z. B.
in einem Ansaugtrakt eine zweite Messgröße ermittelt. Die erste Messgröße wird
bezüglich
der ersten Schätzgröße und die
zweite Messgröße bezüglich der
zweiten Schätzgröße bewertet,
wobei mit Hilfe der ersten Messgröße ein erster Adaptionswert
der ersten Systemgröße ermittelt wird.
In einem ersten Betriebsmodus wird mit Hilfe der zweiten Messgröße ein zweiter
Adaptionswert für die
zweite Systemgröße ermittelt
und ein dritter Adaptionswert für
die dritte Systemgröße unverändert belassen.
Eine Änderung
des zweiten Adaptionswertes bewirkt aufgrund der Regelung eine Änderung der
ersten Systemgröße. Es wird
ein zweiter Betriebsmodus eingenommen, wenn der ermittelte erste
Adaptionswert um einen ersten absoluten oder relativen Abweichungswert
und der im ersten Betriebsmodus ermittelte zweite Adaptionsmodus
um einen zweiten absoluten oder relativen Abweichungswert von einem
neutralen Wert abweichen. Im zweiten Betriebsmodus wird der zweite
Adaptionswert für
die zweite Systemgröße zurückgesetzt
und mit Hilfe der zweiten Messgröße der dritte
Adaptionswert für
die dritte Systemgröße ermittelt,
wobei der zweite Adaptionswert für
die zweite Systemgröße nach
dem Rücksetzen
unverändert
belassen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass bei einer Adaption der einem physikalischen
Modell zugrunde liegenden Systemgrößen anhand von Messwerten diejenigen
Systemgrößen adaptiert
werden, die wahrscheinlich die Ursache für die Abweichung der tatsächlichen
Verhältnisse
und dem theoretischen Modell sind. Da in der Regel nur eine begrenzte
Anzahl von Sensoren vorgesehen sind, die zur Adaption von Systemgrößen des
physikalischen Modells genutzt werden können, ist häufig nicht eindeutig bestimmbar,
welche der Systemgrößen aufgrund
einer Abweichung eines gemessenen Wertes von einem theoretisch zu
erwartenden Wert adaptiert werden muss. Dies ist dann der Fall,
wenn die Abweichung von dem theoretisch zu erwartenden Wert durch
zwei oder mehrere Abweichungen von Systemgrößen hervorgerufen werden kann.
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Werden
bei der Adaption des physikalischen Modells zwei Messgrößen ermittelt,
wobei die Adaption der zweiten Systemgröße aufgrund der Regelung dazu
führt,
dass die erste Systemgröße erneut adaptiert
werden muss, so kann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit angenommen
werden, dass anstelle der zweiten Systemgröße die dritte Systemgröße adaptiert
werden muss, wenn der ermittelte Adaptionswert um den ersten Abweichungswert
und der zweite Adaptionswert um den zweiten Abweichungswert von
dem neutralen Wert abweichen. Der neutrale Wert ist durch den Wert
bestimmt, bei dem keine Abweichung vorhanden ist, d.h. keine Adaption
vorgenommen werden musste oder werden muss.
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Wenn
also festgestellt wird, dass die zweite Systemgröße mit einem zweiten Adaptionswert
beaufschlagt werden muss, der im Laufe der Adaption um einen bestimmten
Abweichungswert geändert wurde,
und gleichzeitig die erste Systemgröße mit einem ersten Adaptionswert
beaufschlagt werden muss, so kann es naheliegend sein, anstelle
der zweiten Systemgröße die dritte
Systemgröße zu adaptieren
und die bisherige Adaption der zweiten Systemgröße auf den Ausgangswert zurück zu führen.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass anhand bereits ermittelter Adaptionswerte festgestellt
werden kann, ob die Adaption einer der Systemgrößen einer Abweichung einer
der Systemgröße zugrunde
liegenden physikalische Größe entspricht
oder ob eine Abweichung einer anderen Systemgröße vorliegt. Wenn dies festgestellt
wird, wird erfindungsgemäß die Adaption
der zweiten Systemgröße beendet und
stattdessen eine Adaption der dritten Systemgröße durchgeführt.
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Grundsätzlich können die
Systemgrößen des
physikalischen Modells in beliebiger Weise adaptiert werden, um
für einen
festgelegten Betriebspunkt geeignete adaptierte Systemgrößen bereitzustellen. Die
Adaption derjenigen Systemgröße, die
für die
Abweichung zwischen der Schätzgröße und dem
gemessenen Wert verantwortlich ist, ist jedoch vorteilhaft, da bei
einer Änderung
des Motorbetriebspunktes eine wesentliche Änderung der Adaptionswerte nicht
notwendig ist, wenn die richtigen Systemgrößen adaptiert worden sind.
Sind die falschen Systemgrößen adaptiert
worden, so ist eine erneute Adaption bei jedem neuen Motorbetriebspunkt
notwendig.
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Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, dass das Zurücksetzen des zweiten Adaptionswertes schrittweise
erfolgt, so dass keine sprunghafte Änderung der Modellparameter
zu einer sprunghaften Änderung
der dritten Adaptionswertes führt.
Dies könnte
zu einem Schwingen der physikalischen Modellparameter führen, da
eine Änderung
einer Systemgröße häufig erst
nach einer bestimmten Zykluszeit zu einer Änderung einer weiteren Systemgröße führt, so dass
die Adaptionen der Systemgrößen zeitlich
zueinander versetzt erfolgen würde.
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Alternativ
kann beim Zurücksetzen
des zweiten Adaptionswerts der zweite Adaptionswert in eine entsprechende Änderung
des ersten Adaptionswerts und/oder einen entsprechenden dritten
Adaptionswert umgewandelt werden. Auf diese Weise ist es ebenfalls
möglich,
einen „sanften" Übergang zwischen dem ersten
und zweiten Betriebsmodus zu schaffen.
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Vorzugsweise
wird der zweite Betriebsmodus eingenommen, wenn der ermittelte erste
Adaptionswert um den Betrag des ersten Abweichungswertes gegenüber dem
neutralen Wert erhöht
ist und der im ersten Betriebsmodus ermittelte zweite Adaptionswert
um den Betrag des zweiten Abweichungswertes gegenüber dem
neutralen Wert vermindert ist oder wenn der ermittelte erste Adaptionswert
gegenüber
dem neutralen Wert um den Betrag des ersten Abweichungswertes vermindert
ist und der im ersten Betriebsmodus ermittelte zweite Adaptionswert
gegenüber
dem neutralen Wert um den Betrag des zweiten Abweichungswertes erhöht ist.
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Es
kann vorgesehen sein, dass bei jedem Starten der Brennkraftmaschine
der erste Betriebsmodus eingenommen wird.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass nach einer bestimmten Zeitdauer,
nachdem der zweite Betriebsmodus eingenommen worden ist, von dem zweiten
Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus übergegangen wird, ohne dass
der dritte Adaptionswert zurückgesetzt
wird. Auf diese Weise ist es möglich,
dass nach der Adaption des dritten Adaptionswerts in dem ersten
Betriebsmodus auch der zweite Adaptionswert wieder geändert werden
kann, dass eine Adaption des dritten und des zweiten Adaptionswerts
möglich
ist.
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Vorzugsweise
wird als erste Systemgröße eine
Größe, welche
die Öffnungszeit
eines Kraftstoffeinspritzventils beeinflusst, und/oder als zweite
Systemgröße ein Strömungsquerschnitt
des in den Ansaugtrakt eingelassenen Luftstroms und/oder als dritte
Systemgröße eine
Schluckkennlinie der Brennkraftmaschine oder eine Ventilstellung
eines Einlass und/oder Auslassventils zur Verfügung gestellt.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass als erster Messwert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in
einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine und/oder als zweiter Messwert
der Saugrohrdruck in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ermittelt
wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Modell einer Brennkraftmaschine;
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2 ein
Diagramm des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine; und
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3 zwei
Flussdiagramme zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder 1 dargestellt.
Der Zylinder 1 weist einen Kolben 2 und einen
Verbrennungsraum 3 auf. Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch wird
in einem Ansaugrohr 4 bereit gestellt und kann über ein
Einlassventil 5 in den Verbrennungsraum 3 eingelassen
werden.
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Ferner
ist ein Auslassventil 6 vorgesehen, das an dem Verbrennungsraum 3 angeordnet
ist, um Abgas in ein Abgasrohr 7 abzulassen. Die Stellung (relative Öffnungs-
und Schließzeitpunkte)
des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6 sind
von einer Regelungseinheit (nicht gezeigt) gesteuert, und werden
bezüglich
des Schluckverhaltens des Gesamtsystems eingestellt.
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Ebenso
ist an dem Ansaugrohr 4 ein Einspritzventil 9 angeordnet,
um Kraftstoff einzuspritzen. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs
wird durch die Öffnungszeit
des Einspritzventils 9 bestimmt. Die Öffnungszeit des Einspritzventils 9 wird durch
die (nicht gezeigte) Regelungseinheit angesteuert. Das Ansaugrohr 4 ist
weiterhin mit einer Luftzuführung 10 verbunden,
um Luft mit einem bestimmten Luftmassenstrom dem Ansaugrohr 4 zuzuführen. In
der Luftzuführung 10 ist
eine Drosselklappe angeordnet, die verschwenkbar den Luftmassenstrom
ins Ansaugrohr 4 steuern kann. Die Drosselklappe weist
je nach Ansteuerung einen Strömungsquerschnitt
auf. Die Drosselklappe 11 ist über die Regelungseinheit (nicht gezeigt)
ansteuerbar.
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Der
Brennkraftmaschine nach
1 liegt ein physikalisches Modell
zugrunde, wonach die Massenströme
in das Ansaugrohr
4 und aus dem Ansaugrohr
4 den
Druck in dem Ansaugrohr
4 bestimmen. Der Druck in dem Ansaugrohr
4 ist
für die
Steuerung der Brennkraftmaschine erheblich, da sich über den
Druck und über
die Schluckkennlinie des Zylinders
1 der Massestrom in
den Zylinder
1 bestimmt. Da die Stellungen der Einlass- und Auslassventile,
d.h. deren Phasenlage, das Schluckverhalten des Zylinders
1 beeinflussen,
ist die genaue Kenntnis des Schluckverhaltens notwendig. Gemäß einem dem
der Brennkraftmaschine zugrunde liegenden physikalischen Modell
ist der Druck in dem Ansaugrohr bestimmt durch:
wobei T der Temperatur im
Ansaugrohr, V
im dem Volumen des Ansaugrohrs, ṁ
thr dem Luftmassenstrom in das Ansaugrohr, ṁ
cyl im Wesentlichen der Einlassmenge des
dem Zylinder
1 zugeführten
Luft-Kraftstoff-Gemisches und R
g der Gaskonstanten
des Luft-Kraftstoff-Gemisches entsprechen. Die dargestellte Gleichung
stellt ein physikalisches Modell dar, durch das der Druck in dem
Ansaugrohr
4 bestimmt werden kann.
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Um
die Brennkraftmaschine 1 betreiben zu können, ist die Kenntnis des
Luftmassenstroms in das Ansaugrohr erforderlich. Aufgrund von Bauteiltoleranzen
oder sonstigen Einflüssen
auf die Brennkraftmaschine können
sich Abweichungen von dem theoretisch zu erwartenden Wert und den
realen Werten von Größen in der
Brennkraftmaschine ergeben. Beispielsweise kann der Luftmassenstrom ṁthr in das Ansaugrohr 4 einen anderen
Wert aufweisen, als aufgrund des Strömungsquerschnittes der Drosselklappe 11 zu
erwarten ist. Eine solche Abweichung kann aufgrund von Fehlern oder
sonstigen Toleranzen auftreten.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass die eingespritzte Kraftstoffmenge durch das Einspritzventil 9 nicht
der Menge entspricht, die aufgrund des dem Einspritzventil 9 vorgegebenen
Ansteuersignals zu erwarten wäre.
So wird die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Öffnungszeit
des Einspritzventils 9 bestimmt, wobei es jedoch aufgrund
von Bauteiltoleranzen zu Abweichungen beim Öffnungsquerschnitt des Einspritzventils 9 kommen
kann. Weiterhin kann es ebenfalls aufgrund von Bauteilschwankungen
zu Abweichungen zwischen dem errechneten Abgasstrom in das Ansaugrohr 4 und
dem realen Abgasstrom in das Absaugroh 4 kommen.
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Über eine
Lambda-Sonde 13 kann festgestellt werden, ob die Verbrennung
in dem Zylinder 1 mit einem zu fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch
oder einem zu mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch erfolgt ist. Über eine
in der Regelungseinheit durchgeführte Lambda-Regelung
wird der Wert für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer
Regelung zugeführt,
mit der die Öffnungszeit
des Einspritzventils 9 und somit die einzuspritzende Kraftstoffmenge
gesteuert wird.
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Um
festzustellen, ob Abweichungen zwischen den theoretisch zu erwartenden
Werten und den realen Werten vorliegen, ist in dem Ansaugrohr 4 ein
Drucksensor 14 angeordnet, um den Druck im Ansaugrohr zu
erfassen. Der Wert des Drucks in dem Ansaugrohr 4 wird
der Regelungseinheit zur Verfügung
gestellt. Weicht der gemessene Druck vom theoretisch im Ansaugrohr 4 zu
erwartenden Druck ab, so muss eine Abweichung bei einer der zuvor
genannten Systemgrößen vorliegen.
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Um
das zugrunde liegende physikalische Modell der Realität anzupassen,
werden Adaptionswerte für
jede der Systemgrößen vorgesehen.
Die Adaptionswerte sind veränderbar
und passen eine oder mehrere der Systemgrößen so an, dass das physikalische
Modell für
den eingenommenen Betriebspunkt in der Brennkraftmaschine geeignet
ist, das Gesamtsystem zu beschreiben, so dass die Ansteuerung der
Drosselklappe, des Einspritzventils 9 und der Einlass-
und Auslassventile 5, 6 für die Brennkraftmaschine optimiert
durchgeführt
werden kann.
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Weicht
der gemessene Druck im Ansaugrohr 4 von dem theoretisch
zu erwartenden Wert ab, so kann dies zum einen auf einen fehlerhaft
bestimmten Luftmassenstrom in das Ansaugrohr 4 und zum
anderen auf ein abweichendes Schluckverhaltendes Zylinders 1 gegenüber einem
zu erwartenden Schluckverhalten hindeuten. Bei einem gemessenen Druck,
der größer ist
als der theoretisch zu erwartende Wert, bedeutet dies, dass der
Luftmassenstrom der angesaugten Luft in das Ansaugrohr 4 größer ist als
aufgrund des Strömungsquerschnitts
der Drosselklappe 11 zu erwarten ist. Der erhöhte Druck
im Ansaugrohr 4 kann jedoch auch durch ein abweichendes
Schluckverhalten zustande kommen, bei dem weniger des Luft-Kraftstoff-Gemisches
in den Verbrennungsraum 3 eingelassen wird als aufgrund der
Schluck kennlinie vorgegeben ist. Da eine Adaption aufgrund des gemessenen
Drucks gleichzeitig nur entweder am Strömungsquerschnitt der Drosselklappe
oder an dem Schluckverhalten sinnvoll vorgenommen werden kann, kann
es sein, dass eine Adaption an einer Systemgröße vorgenommen wird, die nicht für die Abweichung
des Saugrohrdrucks verantwortlich ist.
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Wird
die Systemgröße des Strömungsquerschnitts
adaptiert, obwohl der vergrößerte Druck
im Ansaugrohr 4 durch ein abweichendes Schluckverhalten
des Zylinders 1 hervorgerufen wird, so wird die berechnete
Luftmasse zu groß und
die Einspritzmenge fälschlicherweise
erhöht.
Die erhöhte
Einspritzmenge führt
zu einem zu fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, was mit Hilfe der Lambda-Sonde
festgestellt werden kann. Mit der Lambda-Sonde wird dann eine weitere
Adaption bezüglich
der Einspritzmenge durchgeführt,
wobei die Kraftstoffmenge reduziert wird, um das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten.
Obwohl auf diese Weise das Modell für einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
in Einklang mit den Messwerten gerbacht werden kann, werden die
falschen Systemgrößen adaptiert,
die voraussichtlich bei einem anderen Betriebspunkt nicht angepasst
sind. Bei einem anderen Betriebspunkt muss dann erneut eine Adaption
durchgeführt
werden, die eine bestimmte Zeit benötigt, während der die Brennkraftmaschine
nicht optimal arbeitet.
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Besteht
die Ursache eines erhöhten
Saugrohrdrucks darin, dass das Schluckverhalten des Zylinders 1 geringer
ist als der theoretisch zu erwartende Wert, d.h. es wird bei einer
bestimmten Ventilöffnungsdauer
und Ventilstellung eine geringere Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches
in den Verbrennungsraum 3 eingelassen, so wäre es sinnvoll,
mit Hilfe von einem oder mehreren Adaptionswerten das Schluckverhalten
des Zylin ders 1 anzupassen. Wird stattdessen der Adaptionswert
des Strömungsquerschnitts erhöht, so bewirkt
eine weitere Adaption der Einspritzmenge aufgrund des gemessenen
Lambda-Wertes eine Änderung
des Adaptionswerts für
die Einspritzmenge. Da sowohl das Beaufschlagen des Strömungsquerschnitts
mit einem Adaptionswert als auch das Beaufschlagen der Einspritzmenge
mit einem Adaptionswert nicht die reale Ursache der Abweichung des
Saugrohrdrucks beschreiben, ist es wahrscheinlich, dass bei einem
veränderten
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine erneute Adaption aller
Systemgrößen durchgeführt werden
muss.
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In 2 ist
die Kennlinie des Schluckverhaltens des Zylinders 1 dargestellt.
Die Schluckkennlinie stellt eine Gerade mit einem Offsetwert ηOFS und einer Steigung ηSLOP dar.
Die Schluckkennlinie beschreibt eine Abhängigkeit zwischen dem Fluss
des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder und dem Druck in dem
Saugrohr. Der Offsetwert ηOFS, die Steigung ηSLOP sind
Größen, die
sich aus den jeweiligen Ventilstellungen der Einlass- und Auslassventile,
der Drehzahl des Motors und eventuell anderen Größen ergeben. Bei einer Adaption
des Schluckverhaltens können
sowohl die Größen ηOFS und/oder ηSLOP als auch
die Größen für die Ventilstellungen
mit Adaptionswerten beaufschlagt werden.
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In 3 sind
zwei Flussdiagramme zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Adaption der Systemgrößen, Strömungsquerschnitt,
Schluckverhalten und Einspritzmenge dargestellt. Die Adaption wird
mit Hilfe des gemessenen Saugrohrdrucks und des Lambda-Werts des
aus dem Verbrennungsraum 3 ausströmenden Abgases durchgeführt. Das
Adaptionsverfahren wird ausgeführt,
sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist. Im wesentlichen laufen
zwei Adaptionen, nämlich
die Adaption der Einspritzmenge und die Adaption des Strömungsquerschnittes
bzw. des Schluckverhaltens parallel. Die Adaptionen können auch
nacheinander im Wechsel durchgeführt
werden.
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In 3 sind
zwei Flussdiagramme dargestellt. Das erste Flussdiagramm zeigt die
regelmäßig ablaufende
Adaption der Einspritzmenge gemäß dem ermittelten
Lambdawert im Abgasrohr 7. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine
in einem Schritt S1 wird zunächst
beispielsweise anhand der Drehzahl der Brennkraftmaschine und anhand
des Luftmassenstroms ein Verhältnis
des Luft-Kraftstoff-Gemisches berechnet, das in den Verbrennungsraum 3 eingelassen
werden soll, um den gewünschten
Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu erreichen (Schritt S2).
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist im Idealfall im wesentlichen ausgeglichen, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch weder zu
fett noch zu mager ist. Stellt die Lambda-Sonde 13 in einem Schritt S3 fest,
dass das Gemisch fetter ist als zuvor berechnet, so wird ein Adäptionswert
für die
Einspritzmenge vermindert (Schritt S5), so dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge
reduziert wird. Dies kann schrittweise, d.h. gemäß einem festgelegten Inkrement
oder anhand der durch die Lambda-Sonde 13 gemessenen Größe erfolgen.
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Wird
erst in einem Schritt S4 festgestellt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch
magerer ist als berechnet, so muss die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht werden,
indem der betreffende Adaptionswert vergrößert wird (Schritt S6). Das
Adaptionsverfahren zum Adaptieren der Einspritzmenge wird periodisch durchgeführt, so
dass sich der Adaptionswert für
die Einspritzmenge nach mehreren Perioden auf einen Wert einstellt,
bei dem das gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem berechneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
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Das
zweite Flussdiagramm der 3 zeigt die Adaption des Strömungsquerschnitts
bzw. des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung.
Der Ablauf des zweiten Flussdiagramms läuft im wesentlichen parallel
zum Ablauf des ersten Flussdiagramms ab.
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Nach
dem Starten des Motors werden in einem Schritt S11 die Systemgrößen zur
Regelung der Brennkraftmaschine gemessen oder rechnerisch ermittelt
und aus den Systemgrößen der
theoretisch zu erwartende Saugrohrdruck im Ansaugrohr 4 bestimmt.
Anschließend
wird in einem Schritt S12 mithilfe des Drucksensors 14 der
Druck in dem Saugrohr gemessen und mit dem berechneten Saugrohrdruck verglichen.
Wird festgestellt, dass der Saugrohrdruck größer ist als berechnet, so wird
zunächst
angenommen, dass dies durch einen größeren Strömungsquerschnitt an der Drosselklappe 11 hervorgerufen ist.
In diesem Fall wird der Strömungsquerschnitt nach
oben adaptiert (Schritt S13), so dass der berechnete Luftmassenstrom
größer wird.
Besteht die Ursache des zu hohen Saugrohrdruckes darin, dass aufgrund
eines gegenüber
dem zu erwartenden Wert vermindertes Schluckverhalten vorliegt und
somit weniger Luft-Kraftstoff-Gemisch
in den Verbrennungsraum gelangt als berechnet, wird der Luftmassenstrom
durch den entsprechenden Adaptionswert zu groß berechnet. Durch den zu groß berechneten Luftmassenstrom
muss aufgrund der Regelung, die ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis beibehalten soll,
die Einspritzmenge des Kraftstoffs in einem Schritt S14 erhöht werden.
Das Erhöhen
der Einspritzmenge führt
dann zu einem zu fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch, da die berechnete
Luftmasse größer ist
als die real vorhandene Luftmasse im Ansaugrohr 4. Die
Lambda-Adaption gemäß dem ersten
Flussdiagramm der 3 verringert dann die Einspritzmenge,
um das gewünschte
Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten.
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Ist
der gemessene Saugrohrdruck geringer als berechnet (Schritt S15),
so wird der Adaptionswert für
den Strömungsquerschnitt
verringert, so dass die berechnete Luftmasse verringert ist, und entsprechend
der Regelung der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge vermindert
wird. Dies führt
zu einer Abmagerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wobei bei einem zu
mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis
die Einspritzmenge erhöht
wird.
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Nach
dem Durchlaufen der Adaption für
den Strömungsquerschnitt
wird überprüft, ob aufgrund der
Adaptionswerte für
die Einspritzmenge und den Strömungsquerschnitt
darauf geschlossen werden kann, dass eine erhebliche Abweichung
des realen Schluckverhaltens von idealerweise zu erwartenden Schluckverhaltens
vorliegt. Dies ist mit einiger Wahrscheinlichkeit der Fall, wenn
der Adaptionswert für den
Strömungsquerschnitt
vergrößert ist
und der Adaptionswert für
die Einspritzmenge reduziert ist, oder umgekehrt. Vorzugsweise werden
für eine
Abweichung des Adaptionswertes von einem neutralen Wert bestimmte
Schwellwerte für
die prozentuale oder absolute Abweichung angenommen. So kann beispielsweise
von der Adaption des Strömungsquerschnitts
zur Adaption des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine umgeschaltet
werden, wenn der Adaptionswert für
den Strömungsquerschnitt
um mindestens einen ersten prozentualen Anteil, z. B. um mindestens
10%, gegenüber
dem neutralen Wert erhöht
ist und der Adaptionswert für
die Einspritzmenge um mindestens einen zweiten prozentualen Anteil,
beispielsweise ebenfalls um mindestens 10%, verringert ist. Dies
gilt auch, wenn der Adaptionswert für den Strömungsquerschnitt um den ersten
prozentualen Anteil gegenüber
dem neutralen Wert, verringert ist und der Adaptionswert für die Einspritzmenge um
den zweiten prozentualen Anteil ge genüber dem entsprechenden neutralen
Wert, erhöht
ist (Schritt S18). Ist dies nicht der Fall, wird zu Schritt S11
zurückgesprungen
und die Adaption des Strömungsquerschnitts
erneut durchgeführt.
Werden diese Abweichungen jedoch festgestellt, werden in einem folgenden
Schritt S19 der Adaptionswert für
den Strömungsquerschnitt
zurückgesetzt
und die Adaption für das
Schluckverhalten des Motors beginnt. Ist der gemessene Saugrohrdruck
höher als
erwartet (Schritt S20), so wird durch Beaufschlagen der geeigneten Werte ηSLOP, ηOFS das Schluckverhalten entsprechend angepasst
(Schritt S21). Alternativ können
die Adaptionswerte auch auf die entsprechenden Größen für die Ventilstellungen
angewendet werden. Die Adaptionswerte sind so gewählt, dass
das berechnete Schluckverhalten verringert ist. Ist der gemessene Saugrohrdruck
niedriger als erwartet (Schritt S22), so werden der Adaptionswert
bzw. die Adaptionswerte für
das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine entsprechend erhöht (Schritt
S23). Im Wesentlichen wird gleichzeitig die Adaption der Einspritzmenge fortgeführt, bei
der ein geänderter
Adaptionswert ermittelt wird, mit dem die Einspritzmenge beaufschlagt wird.
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Es
ist gemäß einer
Ausführungsform
möglich,
dass das Rücksetzten
des Adaptionswertes für den
Strömungsquerschnitt
schrittweise erfolgt und beispielsweise mit jedem Durchlauf des
Adaptionsverfahrens für
das Schluckverhalten der Brennkraftmaschine um einen bestimmten
Wert in Richtung des neutralen Wertes zurückgesetzt wird. Alternativ
ist es auch möglich,
den Adaptionswert für
den Strömungsquerschnitt
auf einmal auf den neutralen Wert zurückzusetzen und gleichzeitig
gemäß einer
vorbestimmten Berechnungsformel den Adaptionswert für das Schluckverhalten
der Brennkraftmaschine rechnerisch anzupassen. In beiden Fällen kann
ein sprunghaftes Ändern
der Systemgrößen vermieden werden,
so dass keine großen
Soll-Ist- Abweichungen
auftreten können
und ein Schwingen der Regelung vermieden werden kann. Im allgemeinen
wird von der Adaption der Schluckkennlinie nicht mehr abgewichen,
so dass eine weitere Adaption des Strömungsquerschnitts nicht möglich ist.
Es können
jedoch Bedingungen definiert werden (Schritt S24), die es ermöglichen,
das eine Adaption des Strömungsquerschnitts
erneut vorgenommen wird. Eine solche Bedingung kann beispielsweise
nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer sein, so dass es nach der
Adaption der Schluckkennlinie möglich
ist, eine erneute Adaption des Strömungsquerschnitts durchzuführen. Dies
ist sinnvoll, da es vorkommen kann, dass sowohl Schluckkennlinie
als auch Strömungsquerschnitt
Abweichungen aufweisen und somit korrigiert werden müssen.
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Die
Adaption des Schluckverhaltens der Brennkraftmaschine kann dadurch
erfolgen, dass Parameter der Ventilsteuerung korrigiert werden,
beispielsweise durch eine additive Korrektur der Ventilüberschneidung
oder der Einlass- oder Auslassventilposition.
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Das
beschriebene Verfahren steht lediglich beispielhaft für eine Möglichkeit
die Adaption von Systemgrößen in einem
Gesamtsystem zu optimieren, die am wahrscheinlichsten die Ursache
für die Abweichung
zwischen berechneten Werten und den gemessenen Werten ist.
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Allgemein
besteht die Erfindung darin, dass bei der Regelung einer Brennkraftmaschine
mehrere Abweichungen zwischen Messgrößen und zu erwartenden Werten
oder mehren Adaptionswerten hinsichtlich ihrer Größe und ihres
Vorzeichens bewertet werden und die entsprechenden Systemgrößen für die Adaption
so ausgewählt
werden, dass die mit der größten Wahrscheinlichkeit
für die
Abweichung zwischen Modell und Realität Verant wortlichen adaptiert werden.
Als Kriterium kann generell hierbei verwendet werden, dass die gewichtete
Summe aller Korrekturen, die für
einen Abgleich von modellierten Größen und Messwerten erforderlich
sind, minimal wird. Hierbei werden vorzugsweise auch mehrere unterschiedliche
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine betrachtet. Als Kriterium
kann auch verwendet werden, dass die Adaptionswerte für ein Abgleichen
von modellierten Größen und
Messwerten über
die betrachteten Betriebspunkte möglichst wenig variieren.
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Allgemein
gesprochen wird eine Systemgröße für eine Korrektur
ausgewählt,
wenn mehrere Abweichungen zwischen Messgrößen und zu erwartenden Werten
oder mehrere Adaptionswerte auf eine Abweichung dieser Systemgröße in die
gleiche Richtung hindeuten. Es ist nicht unbedingt notwendig, die Systemgrößen, die
mit der größten Wahrscheinlichkeit
die Modellabweichung verursachen, über ein Adaptionsverfahren
anzupassen, es können
auch direkt passende Korrekturwerte errechnet werden, mit denen
die entsprechende Systemgröße beaufschlagt wird.
Es ist darauf zu achten, dass evtl. die Adaptionswerte der anderen
Systemgrößen entsprechend reduziert
werden, um ein Schwingen des Regelungssystems zu vermeiden.
