DE112014001724B4 - Method and system for controlling an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (101), wobei der Verbrennungsmotor (101) wenigstens einen Brennraum (201) und Elemente (202) für die Zufuhr von Kraftstoff zum Brennraum (201) umfasst, wobei die Verbrennung im Brennraum (201) in Verbrennungstakten erfolgt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass:- während eines ersten Teils eines ersten Verbrennungstakts mit einem ersten Sensorelement (206) ein erster Parameterwert bestimmt wird, der eine physikalische Größe für die Verbrennung im Brennraum (201) darstellt,- auf der Basis des ersten Parameterwerts die Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts gesteuert wird, so dass bei der Steuerung die Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts in Bezug auf eine resultierende Temperatur bei der folgenden Verbrennung gesteuert wird,- auf der Basis des ersten Parameterwerts das Schätzen einer Darstellung einer bei einer Verbrennung resultierenden Temperatur (T) und/oder Temperaturänderung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts nach dem ersten Teil des ersten Verbrennungstakts, und- auf der Basis der geschätzten resultierenden Temperatur (T) und/oder Temperaturänderung das Steuern der Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts.Method for controlling an internal combustion engine (101), the internal combustion engine (101) comprising at least one combustion chamber (201) and elements (202) for supplying fuel to the combustion chamber (201), the combustion in the combustion chamber (201) taking place in combustion cycles, the method being characterized in that: during a first part of a first combustion cycle with a first sensor element (206) a first parameter value is determined which represents a physical quantity for the combustion in the combustion chamber (201), - on the basis of the first Parameter value, the combustion is controlled during a subsequent part of the first combustion stroke, so that the controller controls the combustion during the following part of the first combustion stroke with respect to a resulting temperature in the subsequent combustion, - based on the first parameter value, estimating one Representation of a temperature (T) un during combustion d / or temperature change during the following part of the first combustion stroke after the first part of the first combustion stroke, and - based on the estimated resulting temperature (T) and / or temperature change, controlling the combustion during the following part of the first combustion stroke.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß der Einleitung zu Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein System und ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die das Verfahren gemäß der Erfindung implementieren.The present invention relates to internal combustion engines and in particular to a method for controlling an internal combustion engine according to the introduction to
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Da für den Staat Verschmutzung und Luftqualität zunehmend eine Rolle spielen, wurden in vielen Ländern Emissionsnormen und -richtlinien für Abgase von Verbrennungsmotoren erlassen.As pollution and air quality play an increasingly important role for the state, emission standards and guidelines for exhaust gases from internal combustion engines have been issued in many countries.
Diese Emissionsrichtlinien bestehen häufig in Anforderungen, die zulässige Grenzen für Abgasemissionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor definieren. Beispielsweise bestehen häufig Vorschriften für Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (KW) und Kohlenmonoxid (CO). Diese Emissionsrichtlinien können beispielsweise auch das Vorhandensein von Partikeln in Abgasemissionen zum Gegenstand haben.These emission guidelines often consist of requirements that define permitted limits for exhaust emissions from vehicles with internal combustion engines. For example, there are often regulations for nitrogen oxides (NO x ), hydrocarbons (KW) and carbon monoxide (CO). These emission guidelines can also include the presence of particles in exhaust emissions, for example.
Um diese Emissionsrichtlinien zu erfüllen, werden die von der Verbrennung des Verbrennungsmotors erzeugten Abgase behandelt (gereinigt). Beispielsweise kann ein sogenannter katalytischer Reinigungsprozess verwendet werden, so dass Abgasreinigungsanlagen in beispielsweise Fahrzeugen und anderen Fortbewegungsmitteln üblicherweise einen oder mehrere Katalysatoren und/oder andere Komponenten umfassen. Beispielsweise umfassen die Abgasbehandlungsanlagen in Fahrzeugen mit einem Dieselmotor häufig Partikelfilter.In order to comply with these emission guidelines, the exhaust gases generated by the combustion of the internal combustion engine are treated (cleaned). For example, a so-called catalytic cleaning process can be used, so that exhaust gas cleaning systems in, for example, vehicles and other means of transportation usually comprise one or more catalysts and / or other components. For example, the exhaust gas treatment systems in vehicles with a diesel engine often include particle filters.
Das Vorkommen von unerwünschten Stoffen im Abgasstrom vom Verbrennungsmotor wird in einem großen Umfang durch den Verbrennungsprozess im Brennraum des Verbrennungsmotors verursacht, wenigstens teilweise abhängig von der in der Verbrennung verbrauchten Kraftstoffmenge. Aus diesem Grund und weil die Wirtschaftlichkeit insbesondere von Schwerlastfahrzeugen von der Menge des verbrauchten Kraftstoffs abhängt, werden große Bemühungen unternommen, die Verbrennung von Verbrennungsmotoren effizienter zu gestalten, um Emissionen und Kraftstoffverbrauch zu senken.The occurrence of undesirable substances in the exhaust gas flow from the internal combustion engine is caused to a large extent by the combustion process in the combustion chamber of the internal combustion engine, at least in part depending on the amount of fuel consumed in the combustion. For this reason and because the economy of heavy goods vehicles in particular depends on the amount of fuel consumed, great efforts are being made to make the combustion of internal combustion engines more efficient in order to reduce emissions and fuel consumption.
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Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 erfüllt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein System zum Steuern eines Verbrennungsmotors bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 35 gelöst. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Computerprogramm bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Computerprogramm nach Anspruch 33 gelöst. Ferner ist es Aufgabe ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 34 gelöst. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeug bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug nach Anspruch 37 gelöst.An object of the present invention is to provide a method for controlling an internal combustion engine. This object is achieved with a method according to
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor wenigstens einen Brennraum und Elemente für die Zufuhr von Kraftstoff zum Brennraum umfasst, wobei die Verbrennung im Brennraum in Verbrennungstakten erfolgt.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, the internal combustion engine comprising at least one combustion chamber and elements for supplying fuel to the combustion chamber, the combustion in the combustion chamber taking place in combustion cycles.
Während eines ersten Teils eines ersten Verbrennungstakts wird mit einem ersten Sensorelement ein erster Parameterwert bestimmt, der eine physikalische Größe in Bezug auf die Verbrennung im Brennraum darstellt, und
- - auf der Basis des ersten Parameterwerts wird die Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts gesteuert, wobei während der Steuerung die Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts in Bezug auf eine Darstellung einer resultierenden Temperatur bei der folgenden Verbrennung wie der Temperatur bei EVO, das heißt einem Öffnen der Abgasventile nach der Verbrennung während des Verbrennungstakts gesteuert wird.
- on the basis of the first parameter value, the combustion is controlled during the following part of the first combustion stroke, wherein during the control the combustion during the following part of the first combustion stroke with respect to a representation of a resultant temperature in the following combustion like the temperature in EVO, that is, an opening of the exhaust valves after the combustion is controlled during the combustion stroke.
Wie zuvor erwähnt hat die Effizienz des Verbrennungsmotors eine starke Einwirkung auf die Gesamtwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs insbesondere bei Schwerlastfahrzeugen. Aus diesem Grund ist es häufig wünschenswert, dass die Verbrennung auf eine Weise gesteuert wird, die eine möglichst effiziente Verbrennung gewährleistet.As previously mentioned, the efficiency of the internal combustion engine has a strong impact on the overall economy of the vehicle, especially in heavy-duty vehicles. For this reason, it is often desirable to control combustion in a manner that ensures combustion is as efficient as possible.
Zusätzlich kann die Verbrennung des Verbrennungsmotors in Bezug auf die gewünschten Abgasmerkmale während der Behandlung in der folgenden Abgasanlage gesteuert werden. Beispielsweise können der Zündzeitpunkt und/oder die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gesteuert werden, um den Verlauf der Verbrennung und somit die Temperatur und/oder die Zusammensetzung des Abgasstroms zu beeinflussen. Beispielsweise kann in bestimmten Fällen eine höhere Abgastemperatur auf Kosten der Effizienz des Verbrennungsmotors wünschenswert sein, um eine gewünschte Funktion von einer oder mehreren Komponenten der Nachbehandlungsanlage zu erzielen. Es kann auch der Fall sein, dass die Gesamteffizienz einschließlich Abgasnachbehandlung auch im Fall einer Verschlechterung der Effizienz des Verbrennungsmotors beispielsweise aufgrund geringerem Verbrauch von Reduktionsmittel, beispielsweise von Harnstoff, mit dem Nachteil einer erhöhten Kraftstoffzufuhr verbessert werden kann. In bestimmten Situationen kann eine Verschlechterung der Gesamteffizienz ebenfalls akzeptabel sein, um beispielsweise einen gewünschten Zustand in der Nachbehandlungsanlage zu erzielen.In addition, the combustion of the internal combustion engine can be controlled in relation to the desired exhaust gas characteristics during the treatment in the following exhaust system. For example, the ignition timing and / or the amount of fuel injected can be controlled in order to influence the course of the combustion and thus the temperature and / or the composition of the exhaust gas flow. For example, in certain cases, a higher exhaust gas temperature may be desirable at the expense of the efficiency of the internal combustion engine in order to achieve a desired function of one or more components of the aftertreatment system. It may also be the case that the overall efficiency, including exhaust gas aftertreatment, can also be improved in the event of a deterioration in the efficiency of the internal combustion engine, for example due to the lower consumption of reducing agent, for example urea, with the disadvantage of an increased fuel supply. In certain situations, deterioration in overall efficiency may also be acceptable, for example to achieve a desired condition in the aftertreatment system.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern des Verbrennungsprozesses, wobei ein laufender Fortschritt des Verbrennungstakts während der laufenden Verbrennung zum Erzielen eines gewünschten Ergebnisses der Verbrennung gesteuert werden kann. Insbesondere wird der Fortschritt der Verbrennung in Bezug auf eine resultierende Temperatur während der Verbrennung gesteuert. Diese resultierende Temperatur kann aus einer resultierenden Durchschnittstemperatur des Gases im Brennraum am Ende des Verbrennungstakts bestehen. Die Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Bestimmen eines Parameterwerts, der eine physikalische Größe während der Verbrennung, beispielsweise ein im Brennraum herrschender Druck, darstellt, während eines ersten Teils eines Verbrennungstakts erzielt werden.The present invention relates to controlling the combustion process, wherein an ongoing progress of the combustion stroke can be controlled during the ongoing combustion to achieve a desired result of the combustion. In particular, the progress of the combustion is controlled with respect to a resulting temperature during the combustion. This resulting temperature can consist of a resulting average temperature of the gas in the combustion chamber at the end of the combustion cycle. The control according to the present invention can be achieved during a first part of a combustion cycle by determining a parameter value, which represents a physical quantity during the combustion, for example a pressure prevailing in the combustion chamber.
Auf der Basis dieses Parameterwerts, beispielsweise des herrschenden Drucks, wird anschließend die Verbrennung während eines folgenden Teils des Verbrennungstakts gesteuert, so dass die Verbrennung in Bezug auf eine Temperatur für den Verbrennungsprozess gesteuert wird.Based on this parameter value, for example the prevailing pressure, the combustion is then controlled during a subsequent part of the combustion stroke, so that the combustion is controlled in relation to a temperature for the combustion process.
Durch diese Vorgehensweise können die gewünschten Abgas- und/oder Verbrennungsmerkmale während der Verbrennung erzielt werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass die Abgastemperatur einen bestimmten Wert beim Verlassen des Motors aufweist. Die Verbrennung kann somit auf eine gewünschte resultierende Abgastemperatur zum Zeitpunkt des Öffnens der Abgasventile gesteuert werden, so dass ein Abgasstrom mit einer sehr genauen und gewünschten Temperatur erzielt werden kann. Dies kann beispielsweise wünschenswert sein, um gewünschte Merkmale wie eine gewünschte Temperatur und/oder gewünschte chemische Reaktionen in Abgasbehandlungskomponenten der Abgasanlage zu erzielen.This procedure allows the desired exhaust gas and / or combustion characteristics to be achieved during the combustion. For example, it may be desirable for the exhaust gas temperature to have a certain value when leaving the engine. The combustion can thus be controlled to a desired resulting exhaust gas temperature at the time the exhaust valves are opened, so that an exhaust gas flow with a very precise and desired temperature can be achieved. This can be desirable, for example, in order to achieve desired features such as a desired temperature and / or desired chemical reactions in exhaust gas treatment components of the exhaust system.
Beispielsweise kann eine Beziehung zwischen einer entsprechenden Komponente in der Nachbehandlungsanlage, beispielsweise ein SCR-Katalysator, und der Temperatur des Abgasstroms beim Verlassen des Zylinders bestimmt werden, so dass eine Zuordnung in Bezug auf die Temperaturänderung des Abgasstroms vom Zylinder beispielsweise zum SCR-Katalysator erfolgen kann und die Zuordnung angewendet werden kann, um eine während der Verbrennung resultierende gewünschte Abgastemperatur zu bestimmen, die anschließend voraussichtlich zu einer gewünschten Temperatur beispielsweise am SCR-Katalysator führt. Alternativ kann beispielsweise eine Tabelle mit beispielsweise der Umgebungstemperatur, einer oder mehreren Temperaturen in der Nachbehandlungsanlage und einer resultierenden Temperatur bei der Verbrennung verwendet werden, so dass ein Referenzwert bei der Verbrennung durch Tabellenabfrage bestimmt werden kann.For example, a relationship between a corresponding component in the aftertreatment system, for example an SCR catalytic converter, and the temperature of the exhaust gas flow when leaving the cylinder can be determined, so that an association can be made with respect to the temperature change in the exhaust gas flow from the cylinder, for example, to the SCR catalytic converter and the assignment can be used to determine a desired exhaust gas temperature resulting during the combustion, which is then likely to lead to a desired temperature, for example on the SCR catalytic converter. Alternatively, for example, a table with, for example, the ambient temperature, one or more temperatures in the aftertreatment system and a resulting temperature during the combustion can be used, so that a reference value during the combustion can be determined by querying the table.
Alternativ kann der Verbrennungstakt in Bezug auf die Temperaturänderung geregelt werden, die der Verbrennungsprozess während der Verbrennung durchläuft, das heißt die Verbrennung wird auf der Basis der Änderung des Brennraumtemperatur während der Verbrennung, das heißt nicht ausschließlich In Richtung auf eine Endtemperatur, gesteuert und kann beispielsweise im Rahmen des Möglichen zum Einhalten einer geeigneten Temperaturkurve gebracht werden, so dass diese Temperaturänderung durch Beeinflussen der Verbrennung während eines laufenden Verbrennungstakts gesteuert wird, so dass eine gewünschte Temperaturänderung während der Verbrennung erzielt wird. Die Regelung kann in Richtung einer empirisch oder anderweitig bestimmten Temperaturkurve gesteuert werden, die voraussichtlich zu gewünschten Merkmalen beispielsweise in Bezug auf Emissionen oder anderen Merkmalen führen wird.Alternatively, the combustion stroke may be controlled in relation to the temperature change that the combustion process undergoes during combustion, that is, the combustion is controlled based on the change in the combustion chamber temperature during the combustion, that is, not exclusively toward a final temperature, and may for example within the scope of what is possible to maintain a suitable temperature curve, so that this temperature change is controlled by influencing the combustion during an ongoing combustion cycle, so that a desired temperature change is achieved during the combustion. The regulation can be controlled in the direction of an empirically or otherwise determined temperature curve which is likely to lead to desired features, for example in relation to emissions or other features.
Durch Steuern der Temperaturänderung während der Verbrennung kann die Zusammensetzung des Abgasstroms so gesteuert werden, dass das Vorkommen der verschiedenen Stoffe, die normalerweise im Abgasstrom auftreten, in eine gewünschte Richtung beeinflusst wird, beispielsweise abhängig von der gewünschten Zusammensetzung an einer oder mehreren Abgasbehandlungskomponenten in der Abgasanlage. Durch Steuern der Temperaturänderung können ebenfalls Emissionen gesenkt werden. Die Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise zum Senken von unerwünschten Abgasemissionen verwendet werden. Durch Ausführen der Steuerungsaktion während eines laufenden Verbrennungstakts kann die Verbrennung in einem größeren Umfang im Vergleich zum Ausführen der Steuerungsaktion ausschließlich auf der Basis vorhergehender Verbrennungstakte beeinflusst werden.By controlling the temperature change during combustion, the composition of the exhaust gas flow can be controlled so that the presence of the various substances that normally occur in the exhaust gas flow is influenced in a desired direction, for example depending on the desired composition on one or more exhaust gas treatment components in the exhaust system , By controlling the temperature change, emissions can also be reduced. The control according to the present invention can be used, for example, to reduce undesirable exhaust gas emissions. By executing the control action during an ongoing combustion cycle, the combustion can be influenced to a greater extent compared to executing the control action solely on the basis of previous combustion cycles.
Während einer Steuerungsaktion gemäß der Erfindung kann eine Darstellung einer resultierenden Temperatur und/oder Temperaturänderung durch eine Schätzung für den folgenden Teil des ersten Verbrennungstakts auf der Basis des ersten Parameterwerts vorhergesagt werden. Die folgende Verbrennung kann anschließend auf der Basis der Darstellung der geschätzten Temperatur und/oder Temperaturänderung gesteuert werden. Somit kann die Temperaturentwicklung für den folgenden Teil des Verbrennungstakts durch eine Schätzung vorhergesagt werden, wobei der erste Parameterwert eine gute Schätzung ermöglicht, da die Schätzung mit Ausgangswerten erfolgt, die aus aktuell herrschenden Bedingungen im Brennraum nach Beginn des Verbrennungstakts bestehen.During a control action according to the invention, a representation of a resulting temperature and / or temperature change can be predicted by an estimate for the following part of the first combustion stroke on the basis of the first parameter value. The subsequent combustion can then be controlled based on the representation of the estimated temperature and / or temperature change. The temperature development for the following part of the combustion cycle can thus be predicted by an estimate, the first parameter value making a good estimate possible, since the estimate is carried out using initial values which consist of the prevailing conditions in the combustion chamber after the start of the combustion cycle.
Gemäß einer Ausführungsform wird der erste Parameterwert bestimmt, wenn die Verbrennung im ersten Brennraum begonnen hat, so dass die Regelung der Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts auf der Basis der im Brennraum herrschenden Bedingungen nach Beginn der Verbrennung von Kraftstoff erfolgen kann. Der erste Parameterwert bildet somit eine Darstellung einer tatsächlich herrschenden Beziehung für die physikalische Größe zu einem Zeitpunkt / in einer Kurbelwinkelstellung, wenn der erste Verbrennungstakt begonnen hat. Die Temperatur/Temperaturänderung kann beispielsweise durch Schätzen der Druckänderung im Brennraum während des ersten Teils des Verbrennungstakts geschätzt werden.According to one embodiment, the first parameter value is determined when the combustion has started in the first combustion chamber, so that the combustion can be regulated during the following part of the first combustion cycle on the basis of the conditions prevailing in the combustion chamber after the start of fuel combustion. The first parameter value thus forms a representation of an actually prevailing relationship for the physical quantity at a point in time / in a crank angle position when the first combustion cycle has started. The temperature / temperature change can be estimated, for example, by estimating the pressure change in the combustion chamber during the first part of the combustion cycle.
Die Regelung der Verbrennung kann ebenfalls zum einzelnen Ausführen für jeden Zylinder angeordnet sein und es ist ebenfalls möglich, eine Verbrennung während eines folgenden Verbrennungstakts auf der Basis von Informationen von einem oder mehreren vorhergehenden Verbrennungsprozessen zu steuern.The control of the combustion may also be arranged to be performed individually for each cylinder, and it is also possible to control combustion during a subsequent combustion stroke based on information from one or more previous combustion processes.
Diese Art der Steuerung bietet den Vorteil, dass beispielsweise Unterschiede zwischen verschiedenen Zylinder erkannt und mit einer individuellen Anpassung von Parametern für einen bestimmten Zylinder wie der Öffnungszeit der Einspritzdüse verschoben werden können. Es können aber unterschiedliche Steuerungsaktionen für verschiedene Zylinder wünschenswert sein, beispielsweise um bestimmte Zylinder in Richtung des Erfüllens eines bestimmten Kriteriums und andere Zylinder in Richtung anderer entsprechender Kriterien zu steuern, was ebenfalls gemäß der Erfindung erzielt werden kann. Ferner können ein oder mehrere der Zylinder zum Steuern gemäß der Erfindung angeordnet sein, während die Verbrennung in den restlichen Zylindern auf eine herkömmliche oder andere entsprechende Weise erfolgen kann.This type of control offers the advantage that, for example, differences between different cylinders can be recognized and shifted with an individual adjustment of parameters for a specific cylinder, such as the opening time of the injection nozzle. However, different control actions for different cylinders may be desirable, for example to control certain cylinders in the direction of fulfilling a certain criterion and other cylinders in the direction of other corresponding criteria, which can also be achieved according to the invention. Furthermore, one or more of the cylinders arranged for control according to the invention, while the combustion in the remaining cylinders can be carried out in a conventional or other corresponding manner.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch einen oder mehrere FPGA-(Field-Programmable-Gate-Array-)Kreise und/oder einen oder mehrere anwendungsspezifische Schaltkreise (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) oder andere Arten von Kreisen, welche die gewünschte Rechengeschwindigkeit bieten, implementiert werden.The method according to the present invention can be implemented, for example, by one or more field programmable gate array (FPGA) circuits and / or one or more application-specific integrated circuits (ASIC) or other types of circuits that provide the offer desired computing speed, can be implemented.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und in den beigefügten Zeichnungen dargelegt.Further features and advantages of the present invention are set forth in the following detailed description of exemplary embodiments and in the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1A zeigt schematisch ein Fahrzeug, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. -
1B zeigt ein Steuergerät in der Steuerung für das in1A dargestellte Fahrzeug. -
2 zeigt den Verbrennungsmotor im Fahrzeug, das in1A detaillierter dargestellt ist. -
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt ein Beispiel für eine geschätzte Temperaturkurve einer Verbrennung. -
5A-B zeigt ein Beispiel für eine Regelung in Situationen mit mehr als drei Einspritzungen. -
6 zeigt ein Beispiel für eine MPC.
-
1A shows schematically a vehicle in which the present invention can be used. -
1B shows a control unit in the controller for the in1A shown vehicle. -
2 shows the internal combustion engine in the vehicle, which in1A is shown in more detail. -
3 shows an exemplary embodiment according to the present invention. -
4 shows an example of an estimated temperature curve of a combustion. -
5A-B shows an example of a control in situations with more than three injections. -
6 shows an example of an MPC.
Ausführliche Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments
Der Verbrennungsmotor
Eine Abtriebswelle
Die Nachbehandlungsanlage umfasst häufig eine Form von katalytischem Reinigungsprozess, wobei ein oder mehrere Katalysatoren zum Reinigen der Abgase verwendet werden. Fahrzeuge mit Dieselmotoren umfassen häufig auch ein Dieselpartikelfilter (DPF), um während der Verbrennung von Kraftstoff im Brennraum des Verbrennungsmotors gebildete Rußpartikel aufzufangen. Ferner können Nachbehandlungsanlagen in Fahrzeugen des dargestellten Typs einen Dieseloxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) umfassen. Der Dieseloxidationskatalysator hat mehrere Funktionen und wird normalerweise in der Nachbehandlung verwendet, um Reste von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid im Abgasstrom zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren. Der Oxidationskatalysator kann beispielsweise auch Stickoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidieren. Eine Nachbehandlungsanlage kann ebenfalls mehr Komponenten als zuvor dargestellt, aber auch weniger Komponenten umfassen. Beispielsweise kann die Nachbehandlungsanlage
Ferner sind Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen der in
Die Steuersignale zum Steuern des Öffnens/Schließens der Einspritzdüsen
Mit einem System der Art wie in
Im Allgemeinen bestehen Steuerungen in modernen Fahrzeugen aus einem Kommunikationsbussystem, das einen oder mehrere Kommunikationsbusse zum Verbinden einer Zahl von elektronischen Steuergeräten wie das Steuergerät bzw. den Controller
Zur Vereinfachung zeigen die
Die Funktion des Steuergeräts
Die Steuerung wird häufig durch programmierte Anweisungen gesteuert. Diese programmierten Anweisungen bestehen typischerweise aus einem Computerprogramm, das bei Ausführen auf einem Computer oder in einem Steuergerät den Computer / das Steuergerät zum Ausführen der gewünschten Steuerungsaktion als Verfahrensschritt im Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung veranlasst.The control is often controlled by programmed instructions. These programmed instructions typically consist of a computer program which, when executed on a computer or in a control device, causes the computer / control device to execute the desired control action as a method step in the process according to the present invention.
Das Computerprogramm besteht üblicherweise aus einem Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein entsprechendes Speichermedium
Ein Beispielsteuergerät (Steuergerät
Ferner ist das Steuergerät mit Vorrichtungen
In Bezug auf das in
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht somit aus einem Verfahren zum Steuern des Verbrennungsmotors
In Schritt
In Schritt
Im Allgemeinen wird die Zufuhr von Kraftstoff sowohl in Bezug auf die Menge als auch die Weise der Zufuhr, das heißt in einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen, die während des Verbrennungstakts auszuführen sind, normalerweise vorab definiert, beispielsweise entsprechend der Arbeit (Drehmoment), die der Verbrennungsmotor während des Verbrennungstakts verrichten muss, da nach dem Stand der Technik keine Änderung der bestimmten Einspritzfolge während eines laufenden Verbrennungstakts erfolgt. Vorgegebene Einspritzfolgen können beispielsweise in Tabellen in der Steuerung des Fahrzeugs für eine große Zahl von Betriebsarten wie unterschiedliche Motordrehzahlen, unterschiedliche angeforderte Arbeit, unterschiedliche Verbrennungsluftdrücke usw. vorliegen, wobei die tabellarischen Daten beispielsweise durch entsprechende Tests/Messungen während beispielsweise der Entwicklung des Verbrennungsmotors und/oder Fahrzeugs erstellt werden können, so dass die entsprechende Einspritzfolge auf der Basis der herrschenden Bedingungen gewählt werden kann, und wobei die Einspritzfolge beispielsweise auf der Basis eines Wunsches, wie sich die Temperatur im Brennraum ändern soll, gewählt werden kann.In general, the supply of fuel is normally defined in advance in terms of both the quantity and the manner of supply, i.e. in one or more fuel injections to be carried out during the combustion stroke, for example according to the work (torque) that the internal combustion engine must perform during the combustion cycle, since according to the prior art there is no change in the specific injection sequence during an ongoing combustion cycle. Predefined injection sequences can be present, for example, in tables in the control of the vehicle for a large number of operating modes, such as different engine speeds, different requested work, different combustion air pressures, etc., the tabular data, for example, by corresponding tests / measurements during, for example, the development of the internal combustion engine and / or Vehicle can be created so that the corresponding injection sequence can be selected on the basis of the prevailing conditions, and the injection sequence can be selected, for example, on the basis of a desire for how the temperature in the combustion chamber should change.
Diese Einspritzfolgen können aus der Zahl der Einspritzungen und Merkmale in Form von beispielsweise Zeitpunkt (Kurbelwinkelstellung) bei Beginn der Einspritzung, Dauer der Einspritzung, Einspritzdruck usw. bestehen und können somit für eine große Zahl von Betriebsarten in der Steuerung des Fahrzeugs gespeichert und beispielsweise mit dem Ziel, in einer bestimmten Abgastemperatur zu resultieren, berechnet/gemessen werden.These injection sequences can consist of the number of injections and features in the form of, for example, time (crank angle position) at the start of injection, duration of injection, injection pressure etc. and can thus be stored in the control of the vehicle for a large number of operating modes and, for example, with the Target to result in a certain exhaust gas temperature can be calculated / measured.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Einspritzfolge mit entsprechenden Berechnungen vor Beginn der Verbrennung bestimmt, beispielsweise wie nachfolgend erläutert, wobei beispielsweise die geforderte verrichtete Arbeit, die geforderte Abgastemperatur, die geforderten Emissionen (beispielsweise hoher/niedriger NOx-Anteil) Parameter in den Berechnungen darstellen können, ebenso wie beispielsweise die geforderte Endtemperatur für die Abgase, wie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.According to one embodiment of the invention, an injection sequence is determined with corresponding calculations before the start of combustion, for example as explained below, for example the required work performed, the required exhaust gas temperature, the required emissions (for example high / low NO x content) parameters in the calculations can represent, as well as, for example, the required end temperature for the exhaust gases, as in one embodiment of the invention.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird solch eine vorgegebene Einspritzfolge in Schritt
Gemäß einer Ausführungsform muss eine gewünschte Temperatur nicht in der Auswahl einer Einspritzfolge in Schritt
Gemäß einer Ausführungsform wird die Einspritzfolge vollständig gemäß beispielsweise den nachfolgend dargestellten Berechnungen bestimmt, wobei beispielsweise unterschiedliche Einspritzfolgen vorab miteinander in Schritt
Die Solltemperatur
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in Schritt
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt somit normalerweise gemäß einer vorgegebenen Folge, wobei mehrere Einspritzungen angeordnet sein können, um während des gleichen Verbrennungstakts ausgeführt zu werden. Dies führt dazu, dass die Einspritzungen relativ kurz sein können. Beispielsweise gibt es Einspritzanlagen mit 5 bis 10 Kraftstoffeinspritzungen/Verbrennung; die Zahl der Kraftstoffeinspritzungen während eines Verbrennungstakts kann aber wesentlicher größer sein, beispielsweise im Bereich von 100 Kraftstoffeinspritzungen. Die Zahl der möglichen Einspritzungen wird von der Geschwindigkeit der Elemente gesteuert, mit denen die Einspritzung ausgeführt wird, das heißt im Falle eines Common-Rail-Systems von der Geschwindigkeit des Öffnens und Schließens der Einspritzdüsen.The fuel injection is thus normally carried out according to a predetermined sequence, and a plurality of injections can be arranged in order to be carried out during the same combustion stroke. As a result, the injections can be relatively short. For example, there are injection systems with 5 to 10 fuel injections / combustion; however, the number of fuel injections during a combustion stroke can be significantly larger, for example in the range of 100 fuel injections. The number of possible injections is controlled by the speed of the elements with which the injection is carried out, that is, in the case of a common rail system, by the speed at which the injection nozzles open and close.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel werden wenigstens drei Kraftstoffeinspritzungen insp1 während des gleichen Verbrennungstakts durchgeführt; aber wie bereits zuvor erläutert können eine größere Zahl von Einspritzungen sowie nur eine oder zwei zum Ausführen angeordnet sein.According to the present example, at least three fuel injections insp 1 are carried out during the same combustion stroke; but, as previously explained, a larger number of injections and only one or two can be arranged for execution.
Die Einspritzfolge wird somit im vorliegenden Beispiel vorab bestimmt, um eine bestimmte Abgastemperatur oder ausschließlich auf der Basis der gewünschten erzielten Arbeit zu erzielen. Anschließend wird eine erste Einspritzung
Der Verbrennungsprozess kann im Allgemeinen mit der Änderung des Drucks im Brennraum beschrieben werden, den die Verbrennung erzeugt. Die Druckänderung während eines Verbrennungstakts kann durch eine Druckkurve, das heißt eine Darstellung, wie sich der Druck im Brennraum während der Verbrennung ändert, dargestellt werden. Solange die Verbrennung wie erwartet fortfährt, entspricht der Druck im Brennraum dem ursprünglich erwarteten oder geschätzten Druck. Wie nachfolgend beschrieben hängt die Temperatur direkt mit dem Druck im Brennraum zusammen, das heißt sobald der Druck vom geschätzten Druck abweicht, weicht die Temperatur ebenfalls von der erwarteten/geschätzten Temperatur ab. Zusätzlich werden die Verbrennung während des folgenden Teils des Verbrennungstakts und somit die Temperaturentwicklung beeinflusst.The combustion process can generally be described as the change in pressure in the combustion chamber that the combustion generates. The pressure change during a combustion cycle can be represented by a pressure curve, that is to say a representation of how the pressure in the combustion chamber changes during the combustion. As long as the combustion continues as expected, the pressure in the combustion chamber corresponds to the originally expected or estimated pressure. The temperature depends as described below directly together with the pressure in the combustion chamber, i.e. as soon as the pressure deviates from the estimated pressure, the temperature also deviates from the expected / estimated temperature. In addition, the combustion is influenced during the following part of the combustion cycle and thus the temperature development.
In Schritt
Die erwartete resultierende Abgastemperatur zum Zeitpunkt des Öffnens des Abgasventils nach der Verbrennung des Verbrennungstakts kann gemäß einer Ausführungsform wie folgt in Schritt
Qfuel besteht aus dem Energiewert der eingespritzten Kraftstoffmenge, Q besteht aus der Menge der verbrannten Energie. Die Verbrennung dQ entspricht somit der eingespritzten Kraftstoffmenge minus der bis dahin verbrauchten Kraftstoffmenge. Die Verbrennung
Die Kraftstoffeinspritzungen können beispielsweise als eine Summe von Schrittfunktionen modelliert werden:
Der als zugeführte Masse m bei einer Einspritzung k gemessene Kraftstoffstrom, das heißt wie viel Kraftstoff in den Brennraum im Zeitfenster u gelangt, wenn die Einspritzung durchgeführt wird, ausgedrückt als Dauer des Kurbelwinkelgrad-Θ-Intervalls, während dem die Einspritzdüse geöffnet ist, kann für eine spezifische Einspritzung k wie folgt modelliert werden:
Wobei m die eingespritzte Kraftstoffmenge darstellt und f(m) beispielsweise vom Einspritzdruck usw. abhängt. f(m) kann beispielsweise gemessen oder vorab geschätzt werden.Where m represents the amount of fuel injected and f (m) depends, for example, on the injection pressure, etc. For example, f (m) can be measured or estimated in advance.
Der Energiewert QLHV für den Kraftstoff wie Diesel oder Benzin ist allgemein spezifiziert, so dass eine solche allgemeine Spezifikation verwendet werden kann. Der Energiewert kann ebenfalls spezifisch beispielsweise vom Kraftstoffhersteller bereitgestellt oder beispielsweise für ein Land oder eine Region genähert werden. Der Energiewert kann ebenfalls durch Schätzen durch die Steuerung des Fahrzeugs angeordnet sein. Mit dem Energiewert kann die Gleichung (1) aufgelöst werden und die Wärmefreisetzung kann mit dem Fortschritt der Verbrennung ermittelt werden.The energy value Q LHV for the fuel such as diesel or gasoline is generally specified so that such a general specification can be used. The energy value can also be provided specifically by the fuel manufacturer, for example, or can be approximated for a country or region, for example. The energy value can also be arranged by estimating through the control of the vehicle. With the energy value, the equation (1) can be solved and the heat release can be determined with the progress of the combustion.
Ferner kann durch Verwendung einer prädiktiven Wärmefreisetzungsgleichung die Druckänderung im Brennraum beispielsweise wie folgt geschätzt werden:
Alternativ können Cp und/oder Cv in geeigneter Weise genähert werden. Die Integration der Gleichung (4) liefert das folgende Ergebnis:
Mit dem mit der Gleichung (5) geschätzten Druck kann anschließend eine entsprechende geschätzte Durchschnittstemperatur Test für das Gas im Brennraum für beispielsweise EVO oder für die gesamte Verbrennung mit dem geschätzten Druck bei EVO und dem allgemeinen Gasgesetz berechnet werden:
Das Volumen V, das heißt das Volumen des Brennraums, das sich kontinuierlich mit der Kolbenbewegung ändert, kann in der Steuerung des Fahrzeugs tabellarisch erfasst sein oder auf eine geeignete Weise berechnet werden und ist aufgrund der Kolbenbewegung vom Kurbelwinkel abhängig.The volume V, that is to say the volume of the combustion chamber, which changes continuously with the piston movement, can be recorded in a table in the control system of the vehicle or can be calculated in a suitable manner and is dependent on the crank angle due to the piston movement.
Die Stoffmenge n, das heißt die Menge des Gasstoffes im Brennraum, ändert sich mit Fortschritt der Verbrennung. Die Stoffmenge ändert sich aufgrund der chemischen Reaktionen, die während der Verbrennung auftreten. Diese Änderung beträgt jedoch normalerweise nur ein oder wenige Prozent, so dass gemäß einer Ausführungsform die Stoffmenge n als die Stoffmenge vor der Verbrennung angesetzt werden kann.The amount of substance n, i.e. the amount of gas in the combustion chamber, changes with the progress of the combustion. The amount of substance changes due to the chemical reactions that occur during combustion. However, this change is normally only one or a few percent, so that, according to one embodiment, the amount of substance n can be used as the amount of substance before combustion.
Wenn die Änderung der Stoffmenge während der Verbrennung modelliert wird, kann dies beispielsweise wie folgt modelliert werden:
Die Stoffmenge n geht im Verlauf der Hubzeit von einem vor der Verbrennung vorhandenen Stoffmenge nbefore_comb zu einer Stoffmenge nall_comb über, wenn der gesamte eingespritzte Kraftstoff während des Verbrennungstakts verbrannt ist. λ stellt das Kraftstoff/Luft-Verhältnis dar und Qtotal bezeichnet die gesamte Kraftstoffenergie, die der Verbrennung während des Verbrennungstakts zur Verfügung gestellt wird. mfuel stellt die zugeführte Kraftstoffmenge dar und Qtotal die Energiemenge, die bis dahin verbrannt wurde, wobei die Bestimmung auf der Basis der Gleichung (4) und/oder mit dem Signal des Drucksensors und der diagnostischen Wärmefreisetzung gemäß der Gleichung (8) erfolgt:
Mit den vorhergehenden Gleichungen kann somit die gesamte Temperaturkurve für die Verbrennung von der ersten Einspritzung bis EVO durch Schätzung mit Berechnung der Gleichung (6) für die gesamte Verbrennung mit einer bestimmten entsprechenden Auflösung wie Kurbelwinkelgrad oder Zehntel, Hundertstel oder Tausendstel Kurbelwinkelgrad usw., das heißt der Temperaturänderung über den gesamten Verbrennungsprozess, vorhergesagt werden. Diese geschätzte Temperaturkurve kann beispielsweise aussehen wie die Temperaturkurve
Offensichtlich kann die Temperaturkurve jedoch im Wesentlichen jedes Aussehen aufweisen, je nach eingespritzter Kraftstoffmenge und Zeitpunkt der Einspritzung. In Bezug auf die Steuerung der Abgastemperatur wird die Temperatur bei EVO nach der Verbrennung (alternativ die gesamte Temperaturkurve wie zuvor erläutert) in Schritt
Die tatsächliche Temperaturkurve wird also vermutlich von der vorhergesagten Temperaturkurve im Verlauf der Verbrennung aufgrund der Wärmeverluste, der Abweichungen von der modellierten Verbrennung usw. abweichen.The actual temperature curve will therefore presumably deviate from the predicted temperature curve in the course of the combustion due to the heat losses, the deviations from the modeled combustion, etc.
Aus diesem Grund wird die Steuerung der Verbrennung gemäß der Erfindung durchgeführt und gemäß der vorliegenden Erfindung werden Abweichungen von der vorhergesagten Temperaturkurve ausgeglichen, nachdem die erste Einspritzung insp1 abgeschlossen ist. Auf der Basis der ermittelten Differenz zwischen dem, wie die Verbrennung erfolgen hätte sollen, und dem, wie sie tatsächlich erfolgte, kann ein Regler verwendet werden, der die folgende Verbrennung beispielsweise auf der Basis der Differenz steuert, wobei Umfang und Art der Differenz berücksichtigt werden können.For this reason, the control of the combustion is performed according to the invention, and according to the present invention, deviations from the predicted temperature curve are compensated for after the first injection insp 1 is completed. On the basis of the determined difference between how the combustion should have taken place and how it actually took place, a controller can be used which controls the subsequent combustion, for example on the basis of the difference, taking into account the extent and type of the difference can.
Der in Schritt
Somit kann in Schritt
Mit wenigstens einer zweiten, aber im vorliegenden Beispiel wenigstens insgesamt drei Einspritzungen (während des Verbrennungstakts) kann die Verbrennung in Richtung einer gewünschten Endtemperatur
Ein erstes Beispiel, wie die Steuerungsaktion durchgeführt werden kann, ist das Verteilen der Dauer und somit der eingespritzten Kraftstoffmenge zwischen diesen Einspritzungen und/oder das Ändern der Einspritzzeitpunkte für eine oder mehrere Einspritzungen in Folge. Während dieser Steuerungsaktion wird die Steuerungsaktion durchgeführt, vorausgesetzt die geforderte Arbeit wird noch verrichtet, das heißt der Verbrennungstakt erzeugt weiterhin ein gefordertes Drehmoment an der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors. Die Verteilung zwischen jeweils der zweiten und dritten Einspritzung kann darauf basieren, ob der geschätzte Temperaturwert bei EVO den Referenzwert für die Temperatur über- oder unterschreitet. A first example of how the control action can be carried out is to distribute the duration and thus the amount of fuel injected between these injections and / or to change the injection times for one or more injections in succession. The control action is carried out during this control action, provided that the required work is still being carried out, that is to say the combustion cycle continues to generate a required torque on the output shaft of the internal combustion engine. The distribution between the second and third injection can be based on whether the estimated temperature value at EVO exceeds or falls below the reference value for the temperature.
Diese Steuerungsaktion kann auf beliebige Weise angepasst werden, kann aber beispielsweise in Form eines Proportionalreglers implementiert werden, der beispielsweise zum Bestimmen der Größe der zwischen Kraftstoffeinspritzungen zu verdrängenden Menge verwendet wird, die beispielsweise als eine Zunahme/Abnahme Δu des Zeitraums, während dem die Einspritzung im jeweiligen Einspritzprozess erfolgt, ausgedrückt werden kann. Während dieser Steuerungsaktion kann sich die gesamte eingespritzte Kraftstoffmenge ebenfalls ändern, beispielsweise weil die geforderte Arbeit noch verrichtetet werden muss, wobei aber eine Anpassung der Kraftstoffmenge erforderlich ist, um Änderungen der Effizienz auszugleichen.This control action can be adapted in any way, but can be implemented, for example, in the form of a proportional regulator, which is used, for example, to determine the size of the quantity to be displaced between fuel injections, which is, for example, an increase / decrease Δu in the period during which the injection in the respective injection process takes place, can be expressed. During this control action, the total amount of fuel injected may also change, for example because the required work still needs to be done, but it is necessary to adjust the amount of fuel to compensate for changes in efficiency.
In Schritt
Die Steuerung kann ebenfalls so erfolgen, dass die Verbrennung in Richtung einer gewünschten Temperatur / gewünschten Temperaturkurve gesteuert wird, wobei aber zwei oder mehr Verbrennungstakte erforderlich sind, bevor das gewünschte Ergebnis erzielt wird, jedoch nach wie vor mit einer Steuerungsaktion wie zuvor beschrieben.The control can also be done in such a way that the combustion is controlled in the direction of a desired temperature / desired temperature curve, but two or more combustion cycles are required before the desired result is achieved, but still with a control action as described above.
Die Steuerung gemäß der Erfindung kann auch das Durchführen einer Schätzung von mehreren möglichen Steuerungsalternativen umfassen, wobei die Steuerungsaktion dann gemäß eines entsprechenden Maßes von den mehreren möglichen Maßen, beispielsweise auf der Basis einer Kostenfunktion, durchgeführt wird.The control according to the invention can also include performing an estimate of a number of possible control alternatives, the control action then being carried out according to a corresponding measure of the several possible measures, for example on the basis of a cost function.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren bereit, um auf der Basis eines ersten Parameterwerts, der bestimmt wird, nachdem ein erster Teil der Verbrennung abgeschlossen ist, einen folgenden Teil der Verbrennung während des gleichen Verbrennungstakts auf der Basis des ersten Parameterwerts zu steuern, wobei die Verbrennung in Bezug auf eine Temperatur für den Verbrennungsprozess wie ein gewünschte Endtemperatur wie zuvor beschrieben gesteuert wird.The present invention thus provides a method for controlling, based on a first parameter value determined after a first part of the combustion is complete, a subsequent part of the combustion during the same combustion stroke based on the first parameter value, wherein the Combustion is controlled with respect to a temperature for the combustion process as a desired final temperature as previously described.
Ferner kann bei der Bestimmung in Schritt
Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren wurde die Einspritzfolge zu Beginn des Verbrennungstakts auf der Basis von tabellarischen Werten bestimmt; aber gemäß einer Ausführungsform kann die Einspritzstrategie bereits vor Beginn der Kraftstoffeinspritzung auf die zuvor beschriebene Weise bestimmt werden, so dass somit die erste Einspritzung gemäß einer wie zuvor beschrieben bestimmten Einspritzfolge ausgeführt wird, beispielsweise durch Ausführen von Berechnungen für mehrere Einspritzfolgen und Wählen von einer, die am vorteilhaftesten erscheint.According to the method described above, the injection sequence at the beginning of the combustion stroke was determined on the basis of tabular values; but according to one embodiment, the injection strategy can be determined before the start of the fuel injection in the manner described above, so that the first injection is thus carried out according to an injection sequence determined as described above, for example by performing calculations for a plurality of injection sequences and selecting one that seems most advantageous.
Ferner wurde die Steuerung bis jetzt auf eine Weise beschrieben, bei der die Merkmale für eine folgende Einspritzung auf der Basis der herrschenden Bedingungen im Brennraum nach der vorhergehenden Einspritzung bestimmt werden. Die Steuerung kann aber auch zum kontinuierlichen Ausführen angeordnet sein, wobei die Druckbestimmungen mit dem Drucksensor auch während der laufenden Einspritzung durchgeführt werden können, und wobei die Einspritzfolge berechnet und durchgehend korrigiert werden kann, bis die nächste Einspritzung beginnt. Alternativ kann ebenfalls die laufende Einspritzung durch berechnete Änderungen in der Einspritzfolge beeinflusst werden, auch in den Fällen, in denen mehrere kürzere Einspritzungen durchgeführt werden. Die Einspritzung kann ebenfalls aus einer einzigen längeren Einspritzung bestehen, wobei Änderungen an der laufenden Einspritzung kontinuierlich erfolgen können, beispielsweise durch eine sogenannte Verlaufsformung, beispielsweise durch Ändern der Öffnungsfläche der Einspritzdüse und/oder des Drucks, mit dem der Kraftstoff eingespritzt wird, auf der Basis von Schätzungen und gemessenen Druckwerten während der Einspritzung. Ferner kann die Kraftstoffzufuhr während der Verbrennung nur zwei Kraftstoffeinspritzungen umfassen, wobei beispielsweise nur die zweite oder beide Einspritzungen beispielsweise mit einer Verlaufsformung gesteuert werden. Eine Verlaufsformung kann ebenfalls erfolgen, wenn drei oder mehr Einspritzungen durchgeführt werden.Furthermore, the control has so far been described in a manner in which the characteristics for a subsequent injection are determined on the basis of the prevailing conditions in the combustion chamber after the previous injection. However, the control can also be arranged for continuous execution, wherein the pressure determinations can also be carried out with the pressure sensor during the current injection, and the injection sequence can be calculated and continuously corrected until the next injection begins. Alternatively, the current injection can also be influenced by calculated changes in the injection sequence, even in the cases in which several shorter injections are carried out. The injection may also consist of a single longer injection, with changes to the current injection being able to take place continuously, for example by a so-called shape shaping, for example by changing the opening area of the injection nozzle and / or the pressure with which the fuel is injected on the basis of estimates and measured pressure values during injection. Furthermore, the fuel supply during the combustion can comprise only two fuel injections, with for example only the second or both injections being controlled, for example, with a course shaping. A course can also be formed if three or more injections are carried out.
Ferner wurde die Erfindung zuvor mit einem Beispiel erläutert, bei dem drei Einspritzungen während eines Verbrennungstakts ausgeführt werden. Selbstverständlich können mehr Einspritzungen während eines Verbrennungstakts durchgeführt werden. Da mehrere Kraftstoffeinspritzungen dazu führen, dass mehrere Zeitlängen im Laufe der Zeit geändert werden müssen, ebenso wie die verrichtete Arbeit erhalten werden muss, können die Berechnungen umfangreicher werden. Beispielsweise kann eine sehr große Zahl von Einspritzungen wie 10 oder sogar 100 Einspritzungen angeordnet sein, während des gleichen Verbrennungstakts ausgeführt zu werden.Furthermore, the invention was previously explained with an example in which three injections are carried out during one combustion cycle. Of course, more injections can be performed during one combustion cycle. Since multiple fuel injections result in multiple lengths of time having to be changed over time, as well as maintaining the work done, the calculations can become more extensive. For example, a very large number of injections, such as 10 or even 100 injections, can be arranged to be carried out during the same combustion stroke.
In solchen Situationen kann es mehrere entsprechende Einspritzstrategien geben, die somit im Wesentlichen zum gleichen Ergebnis führen. Dies führt zu einer unerwünschten Komplexität in den Berechnungen.In such situations, there can be several corresponding injection strategies, which thus lead essentially to the same result. This leads to an undesirable complexity in the calculations.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Steuerung angewendet, die der zuvor beschriebenen Steuerung entspricht. Dies wird dadurch erreicht, dass die zeitlich am nächsten gelegene Einspritzung als separate Einspritzung behandelt wird und folgende Kraftstoffeinspritzungen als eine einzige zusätzliche „virtuelle“ Einspritzung. Dies ist in
Sobald die Einspritzung
In
Ferner kann die Kraftstoffzufuhr während der Verbrennung nur zwei Kraftstoffeinspritzungen umfassen, wobei die gesteuerte Einspritzung beispielsweise mit der Verlaufsformung gesteuert wird. Eine Verlaufsformung kann ebenfalls erfolgen, wenn drei oder mehr Einspritzungen durchgeführt werden. Es kann ebenfalls der Fall sein, dass eine einzelne Einspritzung während eines Verbrennungstakts durchgeführt wird, wobei die Parameter für diese Einspritzungsänderung während der laufenden Einspritzung durch Verlaufsformung auf der Basis von neuen Schätzungen mit fortlaufender Verbrennung, das heißt beispielsweise der Einspritzdruck und/oder die Dauer der Einspritzung, während einer laufenden Einspritzung gesteuert werden können. Furthermore, the fuel supply during the combustion may comprise only two fuel injections, the controlled injection being controlled, for example, with the course shaping. A course can also be formed if three or more injections are carried out. It may also be the case that a single injection is performed during a combustion stroke, with the parameters for this injection change during the ongoing injection by means of curve shaping on the basis of new estimates with continuous combustion, that is to say for example the injection pressure and / or the duration of the Injection, can be controlled during an ongoing injection.
Bisher wurde die Steuerung mit dem Ziel des Erreichens einer gewünschten Abgastemperatur
Die Steuerung der Temperatur der Verbrennung gemäß der Erfindung kann aber ebenfalls zur Emissionsbegrenzung, das heißt zum Steuern der Zusammensetzung, die der resultierende Abgasstrom aufweist, verwendet werden.However, controlling the temperature of the combustion according to the invention can also be used to limit emissions, that is to say to control the composition which the resulting exhaust gas flow has.
Wie zuvor erläutert ist im Falle der Abgastemperatursteuerung die Temperaturschätzung bei EVO am wichtigsten; aber bei einer Steuerung in Bezug auf die Abgasemissionen ist stattdessen die gesamte Temperaturkurve (Temperaturänderungskurve), welche die Verbrennung absolviert, relevant, so dass die Steuerung mit dem Ziel erfolgt, im möglichen Umfang eine gewünschte Temperaturänderungskurve während der Verbrennung zu erhalten. In diesem Fall können computerbasierte Modelle („Black-Box“-Modelle) als eine Darstellung von Emissionen in Bezug zur Temperatur verwendet werden, so dass die Temperaturkurve so gesteuert wird, dass das Vorkommen/Vorhandensein von einem oder mehreren Stoffen bei der Verbrennung beeinflusst wird. In diesen computerbasierten Modellen können die erwarteten Emissionen ebenfalls von „globalen“ Parametern beispielsweise AGR, Lambdawert, Ansaugdruck, Umgebungstemperatur usw. abhängen. Alternativ können physikalische Modelle angewendet werden. Im Allgemeinen können für bestimmte Stoffe physikalische Modelle bevorzugt/verfügbar sein, während für andere Stoffe computerbasierte Modelle aufgrund des Fehlens von geeigneten physikalischen Modellen erforderlich sein können. Die Verbrennung kann beispielsweise in Bezug auf einen Anteil und/oder eine Konzentration für eine oder mehrere Abgaskomponenten wie KW, CO, NOx, NO, NO2 und Ruß gesteuert werden.As previously explained, in the case of exhaust gas temperature control, temperature estimation is most important in EVO; but in the case of a control with regard to the exhaust gas emissions, the entire temperature curve (temperature change curve) which the combustion completes is instead relevant, so that the control is carried out with the aim of possibly obtaining a desired temperature change curve during the combustion. In this case, computer-based models (“black box” models) can be used as a representation of emissions in relation to temperature, so that the temperature curve is controlled in such a way that the occurrence / presence of one or more substances during combustion is influenced , In these computer-based models, the expected emissions can also depend on “global” parameters such as EGR, lambda value, intake pressure, ambient temperature, etc. Alternatively, physical models can be used. In general, physical models may be preferred / available for certain substances, while computer-based models may be required for other substances due to the lack of suitable physical models. The combustion can be controlled, for example, in relation to a proportion and / or a concentration for one or more exhaust gas components such as KW, CO, NO x , NO, NO 2 and soot.
Es kann gemäß der Erfindung ebenfalls eine MPC (Model Predictive Control) zur Steuerung verwendet werden.According to the invention, an MPC (Model Predictive Control) can also be used for control.
Ein Beispiel für eine MPC ist in
Die durchgezogene Kurve
Das vorhergesagte Einspritzprofil wird in entsprechenden Intervallen aktualisiert, beispielsweise nach jeder abgeschlossenen Einspritzung, um den angestrebten Endwert zu erzielen, der von der Referenzkurve
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, das eine sehr gute Steuerung eines Verbrennungsprozesses ermöglicht und das die Verbrennung während der laufenden Verbrennung anpasst, um eine Verbrennung zu erzielen, die zu einem größeren Umfang mit der gewünschten Verbrennung übereinstimmt, um eine gewünschte Abgastemperatur und/oder eine gewünschte Emissionsbegrenzung zu erzielen. Thus, the present invention provides a method that enables very good control of a combustion process and that adjusts the combustion during the ongoing combustion to achieve a combustion that more closely matches the desired combustion to a desired exhaust gas temperature and / or or to achieve a desired emission limit.
Ferner wird wie zuvor beschrieben die Verbrennungsgastemperatur für mehrere verschiedene alternative Einspritzfolgen für die restlichen Einspritzungen geschätzt, so dass die Einspritzfolge, die zur vorteilhaftesten Temperatur führt, ausgewählt werden kann, wenn die nächste Einspritzung ausgeführt wird. Wenn mehrere Einspritzfolgen-/Steuerungsalternativen die entsprechenden Bedingungen erfüllen, können andere Parameter zur Wahl verwendet werden, welche von diesen zu verwenden sind. Es kann auch andere Gründe zum gleichzeitigen Durchführen der Steuerung ebenfalls auf der Basis von anderen Parametern geben. Beispielsweise können Einspritzfolgen auch teilweise auf der Basis von Druckamplitude, Wärmeverlust, Druckänderungsgeschwindigkeit, im Brennraum verrichtete Arbeit und/oder während der Verbrennung erzeugte Stickoxide als zusätzliches Kriterium ausgewählt werden, zusätzlich dazu, dass sie auf der Basis der Temperatur ausgewählt können, wobei die Bestimmung gemäß einer der nachfolgend angeführten parallelen Patentanmeldungen durchgeführt werden kann.Furthermore, as previously described, the combustion gas temperature is estimated for several different alternative injection sequences for the remaining injections, so that the injection sequence leading to the most advantageous temperature can be selected when the next injection is carried out. If multiple injection sequence / control alternatives meet the appropriate conditions, other parameters can be used to choose which of them to use. There may also be other reasons for performing control simultaneously based on other parameters. For example, injection sequences can also be selected in part based on pressure amplitude, heat loss, rate of pressure change, work done in the combustion chamber and / or nitrogen oxides generated during combustion, in addition to being able to be selected based on temperature, the determination according to one of the parallel patent applications listed below can be carried out.
Insbesondere in der parallelen Anmeldung
Zusätzlich beschreibt die parallele Anmeldung
Ferner beschreibt die parallele Anmeldung
Ferner beschreibt die parallele Anmeldung
Ferner beschreibt die parallele Anmeldung
Die Erfindung wurde zuvor auf eine Weise erläutert, bei der ein Drucksensor
Ferner wurde in der vorhergehenden Beschreibung nur die Kraftstoffeinspritzung angepasst. Statt die zugeführte Kraftstoffmenge zu steuern, kann die Brennraumtemperatur angeordnet sein, mit beispielsweise Abgasventilen gesteuert zu werden, so dass die Einspritzung gemäß einer vorgegebenen Folge durchgeführt werden kann, wobei jedoch die Abgasventile zum Steuern des Drucks im Brennraum und somit auch der Temperatur verwendet werden.Furthermore, only the fuel injection was adjusted in the previous description. Instead of controlling the amount of fuel supplied, the combustion chamber temperature can be arranged to be controlled, for example, with exhaust gas valves, so that the injection can be carried out according to a predetermined sequence, but the exhaust gas valves are used to control the pressure in the combustion chamber and thus also the temperature.
Ferner kann die Steuerung mit einem geeigneten Typ von Regler oder beispielsweise mit Zustandsmodellen und einer Zustandsrückmeldung (beispielsweise lineare Programmierung, LQR-Verfahren o. Ä.) ausgeführt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Steuern des Verbrennungsmotors kann ebenfalls mit Sensorsignalen von anderen Sensorsystemen kombiniert werden, bei denen die Auflösung nach Kurbelwinkelwert nicht verfügbar ist, beispielsweise Druckgeber, NOx-Sensoren, NH3-Sensoren, Rußsensoren, Sauerstoffsensoren und/oder Temperaturgeber usw., und deren Eingabesignale beispielsweise als Eingabeparameter in der Schätzung von beispielsweise dem erwarteten Druck / der erwarteten Temperatur mit computerbasierten Modellen verwendet werden können.Furthermore, the control can be carried out with a suitable type of controller or, for example, with state models and a state feedback (for example linear programming, LQR method or the like). The method according to the invention for controlling the internal combustion engine can also be combined with sensor signals from other sensor systems in which the resolution according to the crank angle value is not available, for example pressure sensors, NO x sensors, NH 3 sensors, soot sensors, oxygen sensors and / or temperature sensors, etc ., and their input signals can be used, for example, as input parameters in the estimation of, for example, the expected pressure / temperature with computer-based models.
Zusätzlich wurde die vorliegende Erfindung zuvor in Bezug auf Fahrzeuge erläutert. Die Erfindung ist aber auf jegliche Fortbewegungsmittel/Prozesse anwendbar, auf welche die Temperatursteuerung wie zuvor beschrieben anwendbar ist, wie beispielsweise Wasserfahrzeuge oder Flugzeuge mit Verbrennungsprozessen wie zuvor beschrieben.In addition, the present invention was previously explained with respect to vehicles. However, the invention is applicable to any means of transportation / processes to which the temperature control as described above can be applied, such as, for example, watercraft or aircraft with combustion processes as described above.
Es ist ebenfalls darauf hinzuweisen, dass das System gemäß verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung (und umgekehrt) modifiziert werden kann.It should also be noted that the system can be modified according to various embodiments of the method according to the invention (and vice versa).
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