DE112014001773T5 - Method and system for controlling an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein 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. Das Verfahren umfasst: – während eines ersten Teils eines ersten Verbrennungstakts das Bestimmen eines ersten Parameterwerts, der eine physikalische Größe für die Verbrennung im Brennraum (201) darstellt, mit einem ersten Sensorelement, und – auf der Basis des ersten Parameterwerts das Steuern der Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts, wobei während der Steuerung der Verbrennung im folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts die Verbrennung in Bezug auf eine während der Verbrennung verrichtete Arbeit gesteuert wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein System und ein Fahrzeug.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine (101), wherein the internal combustion engine (101) comprises at least one combustion chamber (201) and elements (202) for the supply of fuel to the combustion chamber (201), wherein the combustion in the combustion chamber (201 ) takes place in combustion cycles. The method comprises: during a first part of a first combustion cycle, determining a first parameter value representing a physical quantity for combustion in the combustion chamber (201) with a first sensor element, and controlling combustion on the basis of the first parameter value of a subsequent part of the first combustion stroke, wherein combustion is controlled with respect to a work done during the combustion during the control of the combustion in the following part of the first combustion stroke. The invention also relates to a system and a vehicle.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff 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 more particularly to a method of controlling an internal combustion engine according to the preamble of
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die folgende Hintergrundbeschreibung stellt eine Hintergrundbeschreibung für die Erfindung dar und muss daher nicht notwendigerweise den Stand der Technik darstellen.The following background description is a background description of the invention and therefore does not necessarily depict the state of the art.
Bei Fahrzeugen gibt es im Allgemeinen eine Zahl unterschiedlicher Antriebsstrangkonfigurationen. Beispielsweise kann das Getriebe aus einen Handschaltgetriebe oder einem Automatikgetriebe bestehen. Bei Schwerlastfahrzeugen ist es häufig wünschenswert, dass diese für den Fahrer so komfortabel wie möglich gefahren werden können, was üblicherweise bedeutet, dass die Schaltvorgänge automatisch mit der Steuerung des Fahrzeugs durchgeführt werden. Automatikgetriebe sind daher bei Schwerlastfahrzeugen üblich geworden.For vehicles, there are generally a number of different powertrain configurations. For example, the transmission may consist of a manual transmission or an automatic transmission. In heavy duty vehicles, it is often desirable to be able to drive them as comfortably as possible for the driver, which usually means that the shifts are automatically performed with the control of the vehicle. Automatic transmissions have become common in heavy-duty vehicles.
Bei Automatikgetrieben der Art, wie sie häufig in Personenkraftwagen zum Einsatz kommen, ist meist die Effizienz für die Verwendung dieser Getriebe zu gering, um in anderen Anwendungen als beispielsweise für Stadtbusse und Lieferfahrzeuge im Stadtverkehr mit häufigem Anfahren und Anhalten gerechtfertigt zu sein. Bei dieser Art von Fahrzeugen werden auch zunehmend Antriebsstränge der nachfolgend beschriebenen Art eingesetzt.In the case of automatic transmissions of the type frequently used in passenger cars, the efficiency of using these transmissions is usually too low to be justified in applications other than, for example, city buses and delivery vehicles in city traffic with frequent starts and stops. Drive trains of the type described below are also increasingly being used in this type of vehicle.
Automatikgetriebe in Schwerlastfahrzeugen beinhalten häufig ein Schalten von Handschaltgetrieben, gesteuert durch eine Steuerung, das heißt von Getrieben, die aus einem Zahnradsatz pro Gang bestehen, wobei das Übersetzungsverhältnis auf geeignete Stufen verteilt ist, beispielsweise weil dies günstiger in der Produktion ist, aber auch weil dies eine höhere Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Automatikgetrieben erzielt. Bei solchen Getrieben kommt eine Kupplung, die aus einer von der Steuerung des Fahrzeugs automatisch gesteuerten Kupplung bestehen kann, zum Verbinden des Motors des Fahrzeugs mit dem Getriebe zum Einsatz. Kupplung/Getriebe können ebenfalls beispielsweise als Doppelkupplung ausgeführt sein.Automatic transmissions in heavy duty vehicles often involve shifting manual transmissions, controlled by a control, that is to say transmissions consisting of one set of gears per gear, the gear ratio being distributed in suitable stages, for example because this is more favorable in production, but also because of this Achieves higher efficiency compared to conventional automatic transmissions. In such transmissions, a clutch, which may consist of a clutch automatically controlled by the control of the vehicle, is used to connect the engine of the vehicle to the transmission. Coupling / transmission can also be performed for example as a double clutch.
Im Prinzip muss die Kupplung bei solchen Fahrzeugen nur verwendet werden, wenn das Fahrzeug aus dem Stand anfährt, da die anderen Schaltvorgänge durch die Steuerung des Fahrzeugs ohne Öffnen der Kupplung durchgeführt werden können. Wenn aber die Kupplung aus einer von der Steuerung des Fahrzeugs automatisch gesteuerten Kupplung besteht, wird die Kupplung häufig zum Öffnen/Schließen des Antriebsstrangs ebenfalls beim Schalten verwendet. Unabhängig davon, wie das Schalten erfolgt, ist es wünschenswert, dass das Schalten auf eine Weise erfolgt, die vom Fahrer des Fahrzeugs als komfortabel empfunden wird und die sanft mit den Komponenten des Antriebsstrangs verfährt.In principle, the clutch must be used in such vehicles only when the vehicle starts from a standing position, since the other switching operations can be performed by the control of the vehicle without opening the clutch. However, if the clutch consists of a clutch automatically controlled by the vehicle's control, the clutch is often used to open / close the powertrain also during shifting. Regardless of how the shift is made, it is desirable that the shifting occur in a manner that is comfortable for the driver of the vehicle and that moves smoothly with the components of the powertrain.
Zusammenfassung der ErfindungSummary 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.An object of the present invention is to provide a method of controlling an internal combustion engine. This object is achieved by a method according to
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor wenigstens einen Brennraum und Elemente für 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, wherein the internal combustion engine comprises at least one combustion chamber and elements for supplying fuel to the combustion chamber, wherein the combustion takes place in the combustion chamber in combustion cycles.
Während eines ersten Teils eines ersten Verbrennungstakts wird ein erster Parameterwert zur Darstellung einer physikalischen Größe für die Verbrennung im Brennraum mit einem ersten Sensorelement bestimmt, und
- – auf der Basis des ersten Parameterwerts wird die Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts gesteuert, so dass während der Steuerung der Verbrennung im folgenden Teil des ersten Verbrennungstakts die Verbrennung in Bezug auf die während der Verbrennung verrichtete Arbeit gesteuert wird. Die Steuerung in Bezug auf eine während der Verbrennung verrichtete Arbeit kann beispielsweise durch Steuerung der Verbrennung in Richtung eines ersten Mitteldrucks während des Verbrennungstakts erfolgen, wie etwa ein Mitteldruck entsprechend einem gewünschten abgegebenen Drehmoment.
- On the basis of the first parameter value, the combustion is controlled during a subsequent part of the first combustion stroke, so that during the control of the combustion in the following part of the first combustion stroke, the combustion is controlled with respect to the work done during the combustion. Control related to work done during combustion may be, for example, by controlling combustion toward a first mean pressure during the combustion stroke, such as a mean pressure corresponding to a desired output torque.
Wie zuvor erwähnt werden bei Schwerlastfahrzeugen häufig Getriebe der Art verwendet, wie sie üblicherweise in Fahrzeugen mit Handschaltung zum Einsatz kommen, so dass das Schalten automatisch durch die Steuerung des Fahrzeugs erfolgt. Beim Schalten von einem Übersetzungsverhältnis zu einem anderen wird der Antriebsstrang unterbrochen, um nach Einlegen des Gangs wieder geschlossen zu werden.As previously mentioned, heavy duty vehicles often use transmissions of the type commonly used in manual transmission vehicles, such that shifting occurs automatically by the control of the vehicle. When switching from one gear ratio to another, the drive train is interrupted to be closed again after engaging the gear.
Vor dem erneuten Schließen des Antriebsstrangs muss die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors mit der erwarteten Motordrehzahl für die Antriebswelle des Getriebes mit dem eingelegten neuen Gang synchronisiert werden, um ein unerwünschtes Rucken/Vibrieren beim Schalten zu vermeiden. Diese Änderung bzw. Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors kann nach dem Stand der Technik auf unterschiedliche Weisen erfolgen.Before re-closing the powertrain, the engine speed of the engine must be synchronized with the expected engine speed for the transmission input shaft with the new gear engaged to avoid unwanted jerking / shifting when shifting. This change or synchronization of the rotational speed of the internal combustion engine can take place in different ways according to the prior art.
Zusätzlich zu dieser Synchronisation der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors mit anderen Drehzahlen des Antriebsstrangs vor dem Schließen des Antriebsstrangs muss die an die Abtriebswelle abgegebene Drehzahl des Verbrennungsmotor wenigstens beim Schalten mit einer geschlossenen Kupplung so gesteuert werden, dass das Getriebe kein Drehmoment aufweist, das heißt dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment auf eine geeignete Höhe gesteuert wird, um das zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Antriebsrad-Eingriffspunkt übertragene Drehmoment zu verringern und vorzugsweise zu beseitigen, so dass jeweils das Einrücken und Ausrücken eines Gangs ohne unerwünschtes Rucken durch Unterbrechen/Schließen des Antriebsstrangs während einer laufenden Kraftübertragung erfolgen kann. Bei solch einem Schalten ist es somit wünschenswert, dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment sehr genau gesteuert werden kann, um solch eine Kraftübertragung möglichst zu vermeiden.In addition to this synchronization of the engine speed of the internal combustion engine with other speeds of the drive train before closing the drive train, the output to the output shaft speed of the internal combustion engine must be controlled at least when switching with a closed clutch so that the transmission has no torque, that is from the Controlled engine torque is controlled to a suitable level to reduce the torque transmitted between the engine and the drive wheel engagement point and preferably eliminate, so that each engagement and disengagement of a gear without unwanted jerking by interrupting / closing the drive train during a running Power transmission can take place. With such a shift, it is thus desirable that the torque output by the engine can be controlled very accurately so as to avoid such a power transmission as much as possible.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein erster Parameterwert in Bezug auf eine physikalische Größe während der Verbrennung, beispielsweise eine Darstellung eines im Brennraum herrschenden Drucks, für wenigstens einen Zeitpunkt nach Beginn der Verbrennung während eines Verbrennungstakts, aber vor Abschluss des Verbrennungstakts bestimmt wird und auf der Basis des ersten Parameterwerts die Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts in Bezug auf die während des Verbrennungstakts verrichtete Arbeit gesteuert wird. Wie zuvor erläutert können Parameterwerte mehrmals während eines laufenden Verbrennungstakts bestimmt werden, um somit neue Steuerparameter für beispielsweise die Verbrennung zu mehreren Zeitpunkten während eines laufenden Verbrennungstakts zu bestimmen.According to the present invention, there is provided a method wherein a first parameter value related to a physical quantity during combustion, for example a representation of a pressure prevailing in the combustion chamber, for at least one time after the beginning of combustion during a combustion cycle but before completion of the combustion cycle is determined and based on the first parameter value, the combustion is controlled during a subsequent part of the first combustion cycle with respect to the work done during the combustion cycle. As previously discussed, parameter values may be determined multiple times during a current combustion cycle, thus determining new control parameters for, for example, combustion at multiple times during a current combustion cycle.
Somit kann gemäß der Erfindung eine Darstellung der resultierenden Arbeit während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts nach dem ersten Teil des ersten Verbrennungstakts auf der Basis des ersten Parameterwerts geschätzt werden, so dass die Verbrennung während des folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts auf der Basis der Schätzung gesteuert werden kann. Damit kann eine erwartete während der Verbrennung, während des zukünftigen Teils des Verbrennungstakts, zu verrichtende Arbeit durch Schätzung vorhergesagt werden, wobei das Bestimmung des ersten Parameterwerts eine gute Schätzung ermöglicht, da die Schätzung auf der Basis von tatsächlich im Brennraum herrschenden Bedingungen nach Beginn des Verbrennungstakts erfolgt und der erste Parameterwert bestimmt werden kann, wenn ein Teil des ersten Verbrennungstakts verstrichen ist.Thus, according to the invention, a representation of the resulting work during the following part of the first combustion stroke may be estimated after the first part of the first combustion stroke based on the first parameter value, such that combustion is controlled based on the estimate during the following part of the first combustion stroke can be. Thus, an expected work to be performed during combustion during the future part of the combustion cycle can be estimated by estimation, the determination of the first parameter value enabling a good estimate, since the estimation is based on actual conditions in the combustion chamber after the beginning of the combustion cycle and the first parameter value may be determined when a portion of the first combustion stroke has elapsed.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Parameterwert bestimmt werden, wenn die Verbrennung von Kraftstoff während des ersten Verbrennungstakts begonnen hat, so dass eine sehr gute Schätzung der voraussichtlich zu verrichtenden Arbeit durchgeführt werden kann, da die Schätzung auf der Basis einer laufenden Verbrennung von Kraftstoff durchgeführt werden kann. Der erste Parameterwert bildet somit eine Darstellung einer tatsächlich herrschenden Bedingung für die physikalische Größe zu einem Zeitpunkt/in einer Kurbelwinkelstellung, wenn der erste Verbrennungstakt begonnen hat, und gemäß einer Ausführungsform zu einem Zeitpunkt/in einer Kurbelwinkelstellung, wenn die Verbrennung von Kraftstoff begonnen hat.According to one embodiment, the first parameter value may be determined when the combustion of fuel has started during the first combustion stroke so that a very good estimate of the work expected to be performed may be made because the estimations are based on ongoing combustion of fuel can. The first parameter value thus constitutes a representation of an actual physical quantity condition at a time / crank angle position when the first combustion stroke has started and, according to one embodiment, at a time / crank angle position when combustion of fuel has commenced.
Durch Schätzen einer für den zukünftigen Teil des Verbrennungstakts zu verrichtenden Arbeit kann somit die Arbeit für den gesamten Verbrennungstakt geschätzt werden, wobei die bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der erste Parameterwert bestimmt wird, verrichtete Arbeit beispielsweise auf der Basis von tatsächlich bestimmten Parameterwerten mit den ersten Sensorelementen bestimmt wird. Gemäß der Erfindung wird somit die Verbrennung während eines laufenden Verbrennungstakts so gesteuert, dass die Verbrennung auf der Basis von wenigstens einem Parameterwert zur Darstellung einer physikalischen Größe während der Verbrennung gesteuert wird, wobei diese physikalische Größe direkt von dem bis dahin absolvierten Teil der Verbrennung beeinflusst wird. Somit kann beispielsweise in einer Situation, in der die Abgabe eines bestimmten Drehmoments vom Verbrennungsmotor, beispielsweise eines an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors abgegebenen Drehmoments, erwünscht ist, eine während des Verbrennungstakts tatsächlich bis dahin verrichtete Arbeit bewertet und mit einer bis dahin erwarteten verrichteten Arbeit verglichen werden. Ferner kann ein tatsächlich während der Verbrennung herrschender Zustand mit einem entsprechenden erwarteten Zustand während der Verbrennung verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Verbrennung wie erwartet fortschreitet. Die Verbrennungsparameter können anschließend nach Bedarf gesteuert werden, um die Verbrennung mit dem der Steuerung der Verbrennung in Richtung einer gewünschten zu verrichtenden Arbeit während des Verbrennungstakts zu steuern.Thus, by estimating a work to be done for the future part of the combustion cycle, the work for the entire combustion cycle can be estimated, with the work done up to the time the first parameter value is determined based, for example, on actual certain parameter values is determined with the first sensor elements. Thus, according to the invention, the combustion is controlled during a current combustion cycle so as to control combustion based on at least one parameter value representing a physical quantity during combustion, which physical quantity is directly affected by the part of the combustion completed so far , Thus, for example, in a situation in which the delivery of a certain torque from the engine, for example a torque delivered to the output shaft of the engine, is desired, a work actually done up to that point during the combustion stroke may be evaluated and compared with a work done heretofore expected , Further, an actual combustion-prevailing condition may be compared with a corresponding expected condition during combustion to determine whether combustion is proceeding as expected. The combustion parameters may then be controlled as needed to control combustion with that of controlling combustion in the direction of desired work to be performed during the combustion cycle.
Die gewünschte zu verrichtende Arbeit während des Verbrennungstakts kann beispielsweise als ein gewünschter Drehmoment wie etwa ein gewünschter Durchschnittsdrehmoment während des Verbrennungstakts ausgedrückt werden.For example, the desired work to be performed during the combustion cycle may be expressed as a desired torque, such as a desired average torque during the combustion cycle.
Das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment ist direkt mit dem Druck im Brennraum verknüpft, so dass das Drehmoment ebenfalls durch den Druck im Brennraum dargestellt werden kann. Dies bedeutet ebenfalls, dass das gewünschte während eines Verbrennungstakts abgegebene Durchschnittsdrehmoment durch Steuern der Verbrennung in Richtung eines entsprechenden Mitteldrucks erzielt werden kann, so dass der Verbrennungsprozess somit in Richtung eines gewünschten resultierenden Mitteldrucks während des Verbrennungstakts gesteuert werden kann. Somit kann die physikalische Größe aus dem im Brennraum herrschenden Druck bestehen, so dass eine Darstellung dieses Drucks, der beispielsweise direkt von einem im Brennraum angeordneten Drucksensor oder einen anderen Typ von Sensor zum Messen einer anderen physikalischen Größe ermittelt werden kann, erzielt werden kann.The torque output by the internal combustion engine is directly linked to the pressure in the combustion chamber, so that the torque can also be represented by the pressure in the combustion chamber. This also means that the desired average torque delivered during a combustion cycle can be achieved by controlling combustion toward a corresponding mean pressure, so that the combustion process can thus be controlled toward a desired resultant mean pressure during the combustion cycle. Thus, the physical quantity can consist of the pressure prevailing in the combustion chamber, so that a representation of this pressure, which can be determined, for example, directly from a pressure sensor arranged in the combustion chamber or another type of sensor for measuring a different physical quantity, can be achieved.
Damit kann beispielsweise ein Mitteldruck bis beispielsweise dem Zeitpunkt, zu dem der erste Parameterwert bestimmt wird, mit einem erwarteten Mitteldruck bis zu diesem Zeitpunkt verglichen werden, so dass die folgende Verbrennung auf der Basis dieses Vergleichs gesteuert werden kann. Die Verbrennung kann also angeordnet sein, beispielsweise auf der Basis eines Unterschieds zwischen einem bestimmten Wert und einem erwarteten Wert zum jeweiligen Zeitpunkt gesteuert zu werden.Thus, for example, a mean pressure until, for example, the time at which the first parameter value is determined to be compared with an expected mean pressure up to this time, so that the following combustion can be controlled on the basis of this comparison. Thus, the combustion may be arranged to be controlled on the basis of, for example, a difference between a certain value and an expected value at that time.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren bereit, das ermöglicht, dass die während der Verbrennung verrichtete Arbeit sehr genau gesteuert werden kann und somit das an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors abgegebene Drehmoment ebenfalls sehr genau gesteuert werden kann. Beispielsweise kann bei einer Anforderung einer bestimmten vom Verbrennungsmotor verrichteten Arbeit für die Abtriebswelle (abgegebenes Drehmoment) diese in eine Brennraumarbeit umgewandelt werden, wobei interne Verluste usw. berücksichtigt werden, was ebenfalls in der folgenden ausführlichen Beschreibung erläutert ist.The present invention thus provides a method which allows the work done during combustion to be controlled very accurately, and thus the torque delivered to the output shaft of the internal combustion engine can also be controlled very accurately. For example, upon request for a particular engine-driven output shaft output (output torque), it may be converted to combustion chamber work, taking into account internal losses, etc., which is also discussed in the following detailed description.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann also beispielsweise in Situationen verwendet werden, in denen unerwünschtes Rucken/Vibrieren im Antriebsstrang auftritt, wobei eine sehr schnelle Steuerung der Verbrennung mit dem Ziel eines Vermeidens von Vibrationen durch Steuern des an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors abgegebenen Drehmoments auf der Basis von im Antriebsstrang auftretenden Vibrationen erfolgen kann, wobei die Referenzwerte für die Steuerung auf der Basis von beispielsweise Signalen von Motordrehzahlsensoren ermittelt werden können.Thus, the method according to the invention can be used, for example, in situations where undesired jerking / vibration occurs in the drive train, with very rapid control of the combustion with the aim of avoiding vibrations by controlling the torque output to the output shaft of the internal combustion engine can occur from vibrations occurring in the drive train, wherein the reference values for the control can be determined on the basis of, for example, signals from engine speed sensors.
Die Regelung der Verbrennung kann 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 combustion may be arranged to individually execute for each cylinder, and it is also possible to control combustion during a subsequent combustion cycle based on information from one or more previous combustion processes.
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 may be implemented, for example, by one or more FPGA (Field Programmable Gate Array) circuits and / or one or more Application Specific Integrated Circuits (ASIC) or other types of circuits including the desired computing speed, 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 Brief description of the drawings
Ausführliche Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments
Der Verbrennungsmotor
Eine Abtriebswelle
Ferner sind Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen der in
Die Steuersignale zum Steuern des Öffnens/Schließens der Einspritzdüsen
Die in
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 Steuergerät
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 controller is often controlled by programmed instructions. These programmed instructions typically consist of a computer program that executes on a computer or in a controller causing the computer / controller to perform the desired control action as a method step in the process of 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 der Menge 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 einer Anforderung eins bestimmten abgegebenen Drehmoments beispielsweise von einer Funktion, die beispielsweise das Schalten steuert, gewählt werden kann. Diese Einspritzfolgen können aus der Zahl der Einspritzungen und jeweiligen 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 werden.In general, the supply of the amount of fuel both in terms of amount and manner of supply, that is, in one or more fuel injections to be performed during the combustion cycle, is normally defined in advance, for example, according to the work (torque) the internal combustion engine must perform during the combustion cycle, since the prior art, no change in the specific injection sequence during a current combustion cycle takes place. Predetermined injection sequences may for example be 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 being obtained for example by appropriate tests / measurements during, for example, the development of the internal combustion engine and / or Vehicle can be created so that the appropriate injection sequence can be selected on the basis of the prevailing conditions, and wherein the injection sequence can be selected, for example, on the basis of a request a certain output torque, for example, by a function that controls the switching, for example. These injection sequences may consist of the number of injections and respective characteristics in the form of, for example, timing (crank angle position) at the start of injection, duration of injection, injection pressure, etc., and thus can be stored for a large number of modes in the control of the vehicle.
Auf der Basis der in Schritt
Das während der Verbrennung des Verbrennungsmotors abgegebene Drehmoment stellt im Allgemeinen einen Durchschnittswert der vom Verbrennungsmotor verrichteten Arbeit dar und diese Arbeit wird üblicherweise als effektiver Mitteldruck MEP bezeichnet.The torque delivered during combustion of the internal combustion engine generally represents an average of the work done by the internal combustion engine, and this work is commonly referred to as effective mean pressure MEP.
Im Allgemeinen gilt folgender Zusammenhang zwischen Drehmoment M und Kraft P:
Ferner gilt folgender Zusammenhang zwischen effektivem Mitteldruck MEP und Kraft: wobei nc die Zahl der Umdrehungen pro Verbrennungstakt darstellt, das heißt 2 bei Viertaktmotoren und 1 bei Zweitaktmotoren. Vd stellt das Volumen des Brennraums dar.Furthermore, the following relation between effective mean pressure MEP and force applies: where n c represents the number of revolutions per combustion stroke, that is 2 for four-stroke engines and 1 for two-stroke engines. V d represents the volume of the combustion chamber.
Unter Verwendung der Gleichung (1) zum Beschreiben der Kraft P in der Gleichung (2) kann somit der Zusammenhang zwischen dem Drehmoment M und dem effektiven Mitteldruck für einen Viertaktmotor wie folgt beschrieben werden: Thus, using the equation (1) for describing the force P in the equation (2), the relationship between the torque M and the mean effective pressure for a four-cycle engine can be described as follows.
Somit kann ein effektiver Mitteldruck entsprechend einem gewünschten Drehmoment im Brennraum des Verbrennungsmotors unter Verwendung der Gleichung 3 bestimmt werden. Da Vd bekannt ist, kann MEP beispielsweise in Beziehung zum Drehmoment in der Steuerung des Fahrzeugs tabellarisch erfasst werden, um einen schnellen Zugriff auf einen Referenzwert zu erleichtern, mit dem der Druck im Brennraum gesteuert werden soll.Thus, an effective mean pressure corresponding to a desired torque in the combustion chamber of the internal combustion engine can be determined using Equation 3. For example, since V d is known, MEP can be tabulated in relation to the torque in the control of the vehicle to facilitate quick access to a reference value to control the pressure in the combustion chamber.
Die Arbeit eines Verbrennungsmotors, beispielsweise als Mitteldruck ausgedrückt, kann aber auf unterschiedliche Weisen definiert werden. Beispielsweise wird eine Arbeit während der Verbrennung verrichtet, aber aufgrund von Verlusten wird nicht die gesamte Arbeit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. The work of an internal combustion engine, expressed for example as medium pressure, but can be defined in different ways. For example, work is performed during combustion, but due to losses, not all the work of the output shaft of the internal combustion engine is provided.
Die im Brennraum verrichtete Arbeit wird im Allgemeinen als indizierter effektiver Mitteldruck (Indicated Mean Effective Pressure, IMEP) bezeichnet, der ebenfalls die resultierende Arbeit der Verbrennung im Brennraum darstellt.The work done in the combustion chamber is generally referred to as Indicated Mean Effective Pressure (IMEP), which is also the resulting work of combustion in the combustion chamber.
Da ein Verbrennungsmotor im Allgemeinen Verluste aufweist wie etwa Pumpverluste bei Gasverdrängungsarbeit und Reibungsverluste, stellt IMEP nicht direkt das an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors abgegebene Drehmoment dar. Beispielsweise wird bei einer Drehzahlforderung von einer anderen Funktion des Motors wie beispielsweise einer Funktion zum Steuern des Schaltens wie zuvor dargestellt normalerweise eine an einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verrichtete Arbeit gefordert, was aber aufgrund der Verluste des Verbrennungsmotors bedeutet, dass der zum Erzielen einer gewünschten Arbeit an der Abtriebswelle erforderliche effektive Mitteldruck nicht genau der Gleichung (3) entspricht.For example, as an internal combustion engine generally has losses such as pumping losses in gas displacement work and friction losses, IMEP does not directly represent the torque delivered to the output shaft of the internal combustion engine. For example, at a speed request, another function of the engine, such as a shift control function, will be as before normally performs a work done on an output shaft of the internal combustion engine, but due to the losses of the internal combustion engine means that the required for the achievement of a desired work on the output shaft effective mean pressure does not exactly equal to the equation (3).
Die an der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verrichtete Arbeit wird im Allgemeinen als effektiver Bremsmitteldruck (Brake Mean Effective Pressure, BMEP) bezeichnet, der aus IMEP besteht, aber die Verluste des Verbrennungsmotors berücksichtigt.The work done on the output shaft of the internal combustion engine is generally referred to as brake mean effective pressure (BMEP), which consists of IMEP, but takes into account the losses of the internal combustion engine.
Diese Verluste können spezifisch berechnet werden, aber üblicherweise ist der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors tabellarisch gut erfasst, so dass BMEP wie folgt bestimmt werden kann:
Dabei stellt μmech den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors dar. μmech kann für eine große Zahl von Betriebsbedingungen und mit sehr hoher Genauigkeit tabellarisch erfasst sein, so dass bei Bedarf eine schnelle Umrechnung zwischen BMEP und IMEP erfolgen kann.In this case, μ mech represents the efficiency of the internal combustion engine. Μ mech can be tabulated for a large number of operating conditions and with very high accuracy so that, if required, a fast conversion between BMEP and IMEP can take place.
Somit kann der erforderliche effektive Mitteldruck im Brennraum des Verbrennungsmotors IMEP zum Erzielen des gewünschten Drehmoments an der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors wie folgt beschrieben werden: Thus, the required effective mean pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine IMEP for obtaining the desired torque at the output shaft of the internal combustion engine can be described as follows:
Es kann daher auf Anforderung eines Drehmoments an der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ein entsprechender geforderter effektiver Mitteldruck für die Verbrennung einfach und schnell bestimmt werden und die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung auf solch eine Weise, dass die Verbrennung in Richtung dieses effektiven Mitteldrucks IMEP durch die Verwendung einer Steuerung der Verbrennung für einen Verbrennungstakt während eines laufenden Verbrennungstakts gesteuert wird. Die Steuerung gemäß der Erfindung kann angeordnet sein, kontinuierlich für Verbrennungstakte in Folge ausgeführt zu werden, um eine sehr genaue Abgabe von gefordertem Drehmoment während beispielsweise eines Schaltvorgangs zu gewährleisten.Therefore, upon request of torque at the output shaft of the internal combustion engine, a corresponding required effective average pressure for combustion can be easily and quickly determined, and the present invention thus relates to a method of controlling the combustion in such a manner that combustion toward that effective mean pressure IMEP is controlled by the use of combustion control for a combustion cycle during a current combustion cycle. The controller according to the invention may be arranged to be carried out continuously for combustion cycles in sequence to ensure a very accurate delivery of required torque during, for example, a shift operation.
Der effektive Mitteldruck IMEP im Brennraum während eines Verbrennungstakts kann ebenfalls wie folgt beschrieben werden: wobei CAD für Kurbelwellengrad steht, das heißt es wird eine Integration über einen gesamten Verbrennungstakt durchgeführt.The effective mean IMEP in the combustion chamber during a combustion cycle can also be described as follows: where CAD stands for crankshaft degree, that is, integration is performed over an entire combustion stroke.
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 kann aber wesentlicher größer sein, beispielsweise im Bereich von 100 Kraftstoffeinspritzungen während eines Verbrennungstakts. Die Zahl der möglichen Einspritzungen wird im Allgemeinen 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 according to a predetermined sequence, wherein a plurality of injections may be arranged to be executed during the same combustion stroke. This results in that 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 may be significantly greater, for example in the range of 100 fuel injections during a combustion stroke. The number of possible injections is generally 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 of opening and closing of the injectors.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel werden wenigstens drei Kraftstoffeinspritzungen insp1 während des gleichen Verbrennungstakts durchgeführt, aber wie bereits zuvor erläutert kann eine größere Zahl von Einspritzungen sowie nur eine zum Ausführen angeordnet sein.According to the present example, at least three fuel injections insp 1 are performed during the same combustion stroke, but as previously explained, a larger number of injections and only one may be arranged for execution.
Die Einspritzfolge wird somit im vorliegenden Beispiel vorab mit dem Ziel bestimmt, eine bestimmte verrichtete Arbeit (effektiver Mitteldruck) zu erzielen. Eine erste Einspritzung insp1 wird ausgeführt und in Schritt
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 fortschreitet, entspricht der Druck im Brennraum dem ursprünglich geschätzten; sobald aber der Druck vom geschätzten Druck abweicht, weicht die verrichtete Arbeit ebenfalls von der vorab angenommenen ab.The combustion process may generally be described as the change in pressure in the combustion chamber that combustion produces. The pressure change during a combustion cycle may be represented by a pressure curve, that is, a representation of how the pressure in the combustion chamber changes during combustion. As long as combustion proceeds as expected, the pressure in the combustion chamber will be the same as originally estimated; but as soon as the pressure deviates from the estimated pressure, the work done deviates also from the previously assumed.
Wenn die Verbrennung nach der ersten Einspritzung insp1 somit wie erwartet fortgeschritten ist, entsprechen die Bedingungen des Brennraums den für die Einspritzung vorgesehenen Bedingungen und ebenso wird der bis dahin resultierende Mitteldruck dem erwartetem Druck bis zu diesem Punkt entsprechen. Sobald aber die Bedingungen von den geplanten Bedingungen abweichen, werden der bis dahin resultierende Druck vom erwarteten Mitteldruck abweichen und ebenso wird der folgende Teil der Verbrennung beeinflusst, da die im Brennraum herrschenden Bedingungen beispielsweise in Bezug auf Druck/Temperatur nicht den erwarteten Bedingungen bei der nächsten Einspritzung entsprechen werden.Thus, if the combustion after the first injection insp 1 has proceeded as expected, the conditions of the combustion chamber will correspond to the conditions intended for injection and also the mean pressure thus obtained will correspond to the expected pressure up to this point. However, as soon as the conditions deviate from the planned conditions, the pressure resulting up to that point will deviate from the expected mean pressure and the following part of the combustion will also be affected since the conditions prevailing in the combustion chamber, for example with respect to pressure / temperature, do not meet the expected conditions at the next Injection will correspond.
In der Praxis wird die tatsächliche Druckkurve während des Verlaufs der Verbrennung sehr wahrscheinlich von der durch die Schätzung vorhergesagten Druckkurve beispielsweise aufgrund von Abweichungen von der modellierten Verbrennung usw. abweichen. Dies ist in
Vorzugsweise wird somit der Druck im Brennraum im Wesentlichen kontinuierlich während der gesamten Verbrennung, beispielsweise bei jedem Kurbelwinkelgrad, jedem zehnten Kurbelwinkelgrad oder in einem anderen geeigneten Intervall bestimmt. Wie in
Da der Druck p im Brennraum nach dem Durchführen der ersten Einspritzung insp1 vom entsprechenden geschätzten Druck in der Kurbelwinkelstellung ϕ1 abweicht, weichen die Bedingungen im Brennraum zum Zeitpunkt für die nächste folgende Einspritzung insp2 von den vorhergesagten Bedingungen ab, so dass die folgende Verbrennung ebenfalls von der vorhergesagten Verbrennung abweicht, wenn die zuvor bestimmte Einspritzfolge noch verwendet werden soll. Der effektive Mitteldruck bis dahin weicht ebenfalls vom vorhergesagten ab und somit ist nicht sichergestellt, dass der gewünschte effektive Mitteldruck erzielt und somit die erwartete Arbeit während des Verbrennungstakts verrichtet wird. Daher ist nicht sichergestellt, dass es sich um die ursprünglich bestimmte Einspritzfolge handelt, welche die am meisten bevorzugte Einspritzfolge darstellt, um den gewünschten Mitteldruck während des Verbrennungstakts zu erzielen, da der effektive Mitteldruck von der Druckkurve abhängt, die wiederum davon abhängt, wie viel Kraftstoff der Verbrennung zugeführt wird.Since the pressure p in the combustion chamber after performing the first injection insp 1 deviates from the corresponding estimated pressure in the crank angle position φ 1 , the conditions in the combustion chamber at the time for the next following injection insp 2 deviate from the predicted conditions, so that the following combustion also deviates from the predicted combustion, if the previously determined injection sequence is still to be used. The mean effective pressure until then also deviates from the predicted and thus it is not ensured that the desired effective medium pressure is achieved and thus the expected work is performed during the combustion cycle. Therefore, it is not ensured that this is the originally determined injection sequence, which is the most preferred injection sequence to achieve the desired mean pressure during the combustion cycle, since the effective mean pressure depends on the pressure curve, which in turn depends on how much fuel the combustion is supplied.
In Schritt
Die Steuerung kann beispielsweise gemäß den nachfolgend dargestellten Berechnungen erfolgen, alternativ gemäß anderen entsprechenden Berechnungen mit einem ähnlichen Ziel, und somit wie nachfolgend dargestellt während eines laufenden Verbrennungstakts wiederholt werden, um bei Bedarf die Einspritzfolge während einer laufenden Verbrennung zu ändern, wenn die tatsächlich herrschenden Bedingungen im Brennraum von den vorhergesagten Bedingungen abweichen, so dass die Verbrennung korrigiert werden kann, um eine gewünschte Arbeit in einem größeren Umfang zu erzielen. Der Druck im Brennraum kann kontinuierlich während der Verbrennung mit dem Drucksensor
Bei einer Schätzung eines erwarteten Mitteldrucks während der restlichen Verbrennung ist jedoch ebenfalls eine Schätzung der Druckänderung während der Verbrennung erforderlich. Dies kann wie gefolgt geschätzt werden. Einem Fachmann ist klar, dass die Verbrennung mit folgender Gleichung modelliert werden kann (7):
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 bisher verbrauchten Kraftstoffmenge. Die Verbrennung dQ kann alternativ unter Anwendung eines anderen geeigneten Modells, in dem beispielsweise ebenfalls andere Parameter berücksichtigt werden, modelliert werden. Beispielsweise kann die Verbrennung ebenfalls eine Funktion darstellen, die von einem Modell der Turbulenz bei der Zufuhr von Luft/Kraftstoff abhängt, welche die Verbrennung in einem unterschiedlichen Umfang entsprechend der Menge von zugeführter Luft/zugeführtem Kraftstoff beeinflussen kann.Q fuel consists of the energy value of the injected fuel quantity, Q consists of the amount of burned energy. The combustion dQ thus corresponds to the injected fuel quantity minus the previously consumed fuel quantity. The combustion dQ may alternatively be modeled using another suitable model in which, for example, other parameters are also taken into account. For example, the combustion may also be a function that depends on a model of the turbulence in the supply of air / fuel, which may affect the combustion to a different extent according to the amount of supplied air / fuel supplied.
Die Kraftstoffeinspritzungen können beispielsweise als eine Summe von Schrittfunktionen modelliert werden: For example, the fuel injections can be modeled as a sum of step functions:
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-ϕ-Intervall, wenn die Einspritzdüse geöffnet ist, kann für eine spezifische Einspritzung k wie folgt modelliert werden:
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 (7) 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 may also be specifically provided, for example, by the fuel manufacturer or, for example, approximated for a country or region. The energy value may also be arranged by estimating by the control of the vehicle. With the energy value, equation (7) can be resolved 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: Further, by using a predictive heat release equation, the pressure change in the combustion chamber can be estimated, for example, as follows:
Die Druckänderung wird somit in Kurbelwinkelgrad ϕ ausgedrückt, was ein Beseitigen der Abhängigkeit der Berechnungen von der Drehzahl des Verbrennungsmotors bedeutet. Y stellt allgemein das Wärmekapazitätsverhältnis dar, das heißt wobei Cp und/oder Cv allgemein und für verschiedene Moleküle ermittelt und tabellarisch erfasst werden; da die Verbrennungschemie bekannt ist, können diese tabellarischen Werte zusammen mit der Verbrennungschemie zum Berechnen der Auswirkung von jedem Molekül (beispielsweise Wasser, Stickstoff, Sauerstoff usw.) auf beispielsweise den gesamten Cp-Wert verwendet werden, so dass dieser für die zuvor genannten Berechnungen mit hoher Genauigkeit vorab oder während beispielsweise der laufenden Verbrennung bestimmt werden kann.The pressure change is thus expressed in crank angle degree φ, which means eliminating the dependence of the calculations on the rotational speed of the internal combustion engine. Y generally represents the heat capacity ratio, that is wherein C p and / or C v are determined generally and for various molecules and tabulated; As combustion chemistry is known, these tabular values, along with the combustion chemistry, can be used to calculate the impact of each molecule (eg, water, nitrogen, oxygen, etc.) on, for example, the total C p value, so that for the aforementioned calculations can be determined with high accuracy in advance or during, for example, ongoing combustion.
Alternativ können Cp und/oder Cv in geeigneter Weise genähert werden.Alternatively, C p and / or C v can be suitably approximated.
Die Integration der Gleichung (10) liefert das folgende Ergebnis: The integration of equation (10) yields the following result:
pinitial stellt einen Ausgangsdruck dar, der vor Beginn des Verdichtungsschritts der Verbrennung beispielsweise aus dem Umgebungsdruck für Verbrennungsmotoren ohne einen Turbolader oder einem herrschenden Verbrennungsluftdruck für einen Motor mit einem Turbolader bestehen kann. Wenn die Schätzung zu einem späteren Zeitpunkt während des Verbrennungstakts erfolgt, etwa als Schätzung in Schritt
Somit wird der Druck p im Brennraum für die gesamte Verbrennung geschätzt, das heißt es kann die erwartete Kurve
Der erwartete effektive Mitteldruck für eine bestimmte Einspritzfolge kann somit mit den vorhergehenden Gleichungen geschätzt werden. In Schritt
Anschließend kann eine Einspritzfolge für nachfolgende Einspritzungen gewählt werden, die beispielsweise voraussichtlich zu einem effektiven Mitteldruck führt, der dem gewünschten effektiven Mitteldruck am besten entspricht. Subsequently, an injection sequence for subsequent injections can be selected, which, for example, presumably leads to an effective mean pressure which corresponds best to the desired mean effective pressure.
Die Steuerung des Drucks im Brennraum kann somit durch Steuern der Kraftstoffeinspritzung erfolgen und durch Ausführen einer Schätzung des effektiven Mitteldrucks für eine Zahl von verschiedenen Einspritzfolgen mit Unterschieden in Einspritzzeit/Einspritzdauer/Zahl von Einspritzungen kann somit eine Einspritzfolge bestimmt werden, die in einem geeigneten möglichst großen Umfang zu einem gewünschten effektiven Mitteldruck führt.The control of the pressure in the combustion chamber can thus be carried out by controlling the fuel injection and by carrying out an estimate of the effective mean pressure for a number of different injection sequences with differences in injection time / injection duration / number of injections can thus be determined in an appropriate possible large injection Scope leads to a desired effective mean pressure.
Somit kann in Schritt
In Bezug auf die Einspritzfolge können beispielsweise mehrere Einspritzfolgen vorab definiert werden, wobei die Berechnungen der zuvor beschriebenen Art für jede einzelne der verfügbaren Einspritzfolgen durchgeführt werden können.With regard to the injection sequence, for example, a plurality of injection sequences can be defined in advance, wherein the calculations of the type described above can be carried out for each of the available injection sequences.
Alternativ können die Berechnungen für die Einspritzfolgen durchgeführt werden, die aus irgendeinem Grund am wahrscheinlichsten zu einem gewünschten effektiven Mitteldruck führen. Beispielsweise können die Einspritzfolgen in Bezug auf die gesamte Menge an Kraftstoff, die gemäß der Folge eingespritzt wird, bewertet oder abgelehnt werden, wobei beispielsweise eine große Menge an Kraftstoff beispielsweise voraussichtlich zu einem hohen effektiven Mitteldruck führen kann, insbesondere wenn der bis dahin resultierende effektive Mitteldruck über dem erwarteten effektiven Mitteldruck liegt, und umgekehrt wenigstens in bestimmten Fällen eine zu kleine Gesamtkraftstoffmenge voraussichtlich zu einem zu niedrigen effektiven Mitteldruck führt.Alternatively, the calculations may be performed for the injection sequences that for some reason are most likely to result in a desired mean effective pressure. For example, the injection sequences may be rated or rejected in relation to the total amount of fuel injected according to the sequence, for example, a large amount of fuel, for example, is likely to result in a high effective mean pressure, especially if the mean effective pressure thereafter is above the expected mean effective pressure, and conversely, at least in certain cases, a too small total amount of fuel is likely to result in too low an effective mean pressure.
Bisher wurde die gesamte Einspritzfolge für die restliche Verbrennung bewertet; aber die Steuerung kann auch angeordnet sein, nur für eine zukünftige Einspritzung nach einer vorhergehenden Einspritzung ausgeführt zu werden, wobei nachfolgende Einspritzungen schrittweise gehandhabt werden können. Die in Schritt
Wenn die Einspritzfolge in Schritt
Somit kann in Schritt
In den vorhergehenden Berechnungen wird nach jeder Einspritzung die aktuelle Druckbestimmung pϕ1 unter Verwendung des Drucksensors
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren bereit, das die Verbrennung mit dem Fortschreiten der Verbrennung anpasst, wobei die Verbrennung des Verbrennungsmotors sehr genau in Richtung eines gewünschten abgegebenen Drehmoments gesteuert werden kann, wobei Verfahren wie das Schalten mit hoher Genauigkeit mit einer Steuerung während eines laufenden Verbrennungstakts und somit auf eine Weise, die für Fahrer und Antriebsstrang schonend ist, durchgeführt werden können. Zusätzlich kann die Steuerung verwendet werden, um gegebenenfalls im Antriebsstrang auftretende Vibrationen zu vermeiden, wobei der Verbrennungsmotor sehr genau mit dem Ziel gesteuert werden kann, unerwünschte Effekte wie beispielsweise Vibrationen durch eine entsprechende Drehmomentsteuerung zu vermeiden.The present invention thus provides a method that adjusts the combustion with the progress of the combustion, wherein the combustion of the internal combustion engine can be controlled very accurately in the direction of a desired output torque, wherein methods such as switching with high accuracy with a control during a running Combustion and thus in a manner that is gentle on the driver and powertrain, can be performed. In addition, the controller used to avoid possibly occurring in the drive train vibrations, the engine can be controlled very precisely with the aim of avoiding undesirable effects such as vibrations by a corresponding torque control.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit die Verbrennung während der laufenden Verbrennung auf der Basis von Abweichungen von der vorhergesagten Verbrennung und gemäß einer Ausführungsform jedes Mal, wenn eine Einspritzung insp1 abgeschlossen ist, angepasst, solange zusätzliche Einspritzungen auszuführen sind.Thus, according to the present invention, the combustion during the current combustion is adjusted based on deviations from the predicted combustion, and according to an embodiment, every time an injection insp 1 is completed, as long as additional injections are to be performed.
Statt des Bewertens einer Zahl von definierten Einspritzfolgen 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.According to the method described above, the injection sequence at the beginning of the combustion cycle was determined on the basis of tabular values; however, according to one embodiment, the injection strategy may be determined prior to commencement of fuel injection in the manner previously described so that the first injection is thus performed according to an injection sequence determined as described above.
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.Further, the control so far has 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 with the pressure sensor can also be carried out during the current injection, and wherein the injection sequence can be calculated and continuously corrected until the next injection begins.
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 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.Alternatively, the current injection may also be affected by calculated changes in the injection sequence, even in cases where several shorter injections are made. The injection may also consist of a single longer injection, wherein changes to the current injection may be made continuously, for example by so-called progressive 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 pressures during injection. Further, the fuel supply may include two fuel injections during combustion, wherein, for example, only the second or both injections are controlled, for example with a progressive shaping. Course shaping can also be done when three or more injections are made.
Die zu bewertenden Einspritzstrategien können auf unterschiedliche Weisen ermittelt werden. Beispielsweise können verschiedene Verteilungen zwischen Einspritzungen bewertet werden und beispielsweise kann eine eingespritzte Kraftstoffmenge zwischen folgenden Einspritzungen neu verteilt werden und/oder die Einspritzzeit kann für eine oder mehrere folgende Einspritzungen geändert werden, wobei mögliche Beschränkungen in Bezug auf beispielsweise die mindestzulässige Dauer oder Kraftstoffmenge für eine Kraftstoffeinspritzung berücksichtigt werden.The injection strategies to be evaluated can be determined in different ways. For example, various distributions between injections may be evaluated and, for example, an injected amount of fuel may be redistributed between subsequent injections and / or the injection time may be changed for one or more subsequent injections, with possible limitations on, for example, the minimum allowable duration or fuel amount for fuel injection be taken into account.
Statt des Bewertens einer Zahl von spezifischen Einspritzfolgen kann das Verfahren zum Ausführen beispielsweise der vorhergehenden Berechnungen für eine Zahl von möglichen Szenarien angeordnet sein, wobei die Berechnungen für verschiedene Einspritzdauern/-mengen/-zeiten für die verschiedenen Einspritzungen mit entsprechenden Änderungen der freigesetzten Energie durchgeführt werden können.Instead of evaluating a number of specific injection sequences, the method may be arranged to perform, for example, the previous calculations for a number of possible scenarios, wherein the calculations are performed for different injection times / amounts / times for the different injections with corresponding changes in energy released can.
Je mehr Kraftstoffeinspritzungen während eines Verbrennungstakts durchgeführt werden, desto mehr Parameter können sich ändern. Bei einer großen Zahl von Einspritzungen kann die Steuerung daher relativ komplex werden, da sich eine große Zahl von Parametern ändern kann und somit bewertet werden muss. Beispielsweise kann eine sehr große Zahl von Einspritzungen wie 10 oder sogar 100 Einspritzungen angeordnet sein, während des gleichen Verbrennungstakts ausgeführt zu werden.The more fuel injections are made during a combustion cycle, the more parameters that can change. With a large number of injections, therefore, the control can become relatively complex, since a large number of parameters can change and thus have to be evaluated. For example, a very large number of injections such as 10 or even 100 injections may be arranged to be executed during the same combustion stroke.
In solchen Situationen kann es mehrere entsprechende Einspritzstrategien geben, die im Wesentlichen zum gleichen effektiven Mitteldruck führen. Dies führt zu einer unerwünschten Komplexität in den Berechnungen.In such situations, there may be several corresponding injection strategies that result in substantially the same effective mean pressure. This leads to undesirable complexity in the calculations.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Steuerungsaktion angewendet, wobei die zeitlich am nächsten gelegene Einspritzung als separate Einspritzung behandelt wird und folgende Kraftstoffeinspritzungen als eine einzige zusätzliche „virtuelle” Einspritzung behandelt werden, so dass die Wärmeverluste zwischen diesen beiden Einspritzungen optimiert werden können. Dies ist in
Sobald die Einspritzung
In
Es kann gemäß der Erfindung ebenfalls eine MPC (Model Predictive Control) zur Steuerung verwendet werden.It can also according to the invention, a MPC (Model Predictive Control) are 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 die Verbrennung während der laufenden Verbrennung anpasst, um eine sehr genaue Regelung des abgegebenen Drehmoments zu erzielen.Thus, the present invention provides a method that allows very good control of a combustion process and adjusts the combustion during ongoing combustion to achieve very accurate regulation of the output torque.
Gemäß der vorhergehenden Beschreibung kann eine Arbeit, die verrichtet wird, somit für mehrere verschiedene alternative Einspritzfolgen für die restlichen Einspritzungen geschätzt werden, so dass eine Einspritzfolge, die zu einer geforderten Arbeit führt, gewählt werden kann, wenn die folgende Einspritzung durchgeführt 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, Abgastemperatur, Druckänderungsgeschwindigkeit und/oder während der Verbrennung erzeugte Stickoxide als zusätzliches Kriterium ausgewählt werden, zusätzlich dazu, dass sie auf der Basis der verrichteten Arbeit ausgewählt können, wobei die Bestimmung gemäß einer der nachfolgend angeführten parallelen Patentanmeldungen durchgeführt werden kann. Thus, according to the foregoing description, a work performed can be estimated for several different alternative injection sequences for the remaining injections, so that an injection sequence leading to a required work can be selected when the following injection is performed. If several injection sequence / control alternatives meet the appropriate conditions, other parameters may be used for selection which of them to use. There may be other reasons for simultaneously performing the control also based on other parameters. For example, injection sequences may also be selected in part based on pressure amplitude, heat loss, exhaust gas temperature, rate of pressure change, and / or oxides of nitrogen generated during combustion as an additional criterion, in addition to being selected based on the work done, the determination being according to any one of following parallel patent applications can be performed.
Insbesondere beschreibt die parallele Anmeldung „Verfahren und System zum Steuern eines Verbrennungsmotors V” (
Zusätzlich beschreibt die parallele Anmeldung „Verfahren und System zum Steuern eines Verbrennungsmotors II” (
Zusätzlich beschreibt die parallele Anmeldung „Verfahren und System zum Steuern eines Verbrennungsmotors I” (
Ferner beschreibt die parallele Anmeldung „Verfahren und System zum Steuern eines Verbrennungsmotors IV” ein Verfahren während eines ersten Verbrennungstakts zum Steuern der Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts in Bezug auf eine Darstellung eines Wärmeverlusts während der Verbrennung.Further, the co-pending application "Method and System for Controlling an Internal Combustion Engine IV" describes a method during a first combustion stroke to control combustion during a subsequent portion of the first combustion stroke with respect to a representation of heat loss during combustion.
Ferner beschreibt die parallele Anmeldung „Verfahren und System zum Steuern eines Verbrennungsmotors VI” ein Verfahren während eines ersten Verbrennungstakts zum Schätzen eines ersten Maßes von Stickoxiden resultierend bei der Verbrennung während des ersten Verbrennungstakts und zum Steuern der Verbrennung während eines folgenden Teils des ersten Verbrennungstakts auf der Basis des ersten Maßes.Further, the co-pending application "Method and System for Controlling an Internal Combustion Engine VI" describes a method during a first combustion stroke for estimating a first level of nitrogen oxides resulting in combustion during the first combustion stroke and controlling combustion during a subsequent portion of the first combustion stroke on the combustion cycle Basis of the first measure.
Die Erfindung wurde zuvor auf eine Weise erläutert, bei der ein Drucksensor
Ferner wurde in der vorhergehenden Beschreibung nur die Kraftstoffeinspritzung angepasst. Statt nur die zugeführte Kraftstoffmenge zu steuern, kann der effektive Mitteldruck während der Verbrennung angeordnet sein, mit beispielsweise Abgasventilen gesteuert zu werden, so dass die Einspritzung gemäß einer vorgegebenen Folge durchgeführt werden kann, wobei jedoch die Abgasventile bei Bedarf zum Verringern des Drucks im Brennraum und somit auch des effektiven Mitteldrucks verwendet werden.Further, in the foregoing description, only the fuel injection was adjusted. Instead of controlling only the amount of fuel supplied, the effective mean pressure during combustion may be arranged to be controlled with exhaust valves, for example, so that the injection may be performed according to a predetermined sequence, however, the exhaust valves may be required to reduce the pressure in the combustion chamber and thus also the effective medium pressure can be used.
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.Further, the control may be performed with a suitable type of controller or, for example, with state models and state feedback (eg, linear programming, LQR methods, or the like).
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Steuern des Verbrennungsmotors kann ebenfalls mit Sensorsignalen von anderen Sensorsystemen kombiniert werden, bei denen die Auflösung auf Kurbelwinkelebene nicht verfügbar ist, beispielsweise Druckgeber, NOx-Sensoren, NH3-Sensoren, Rußsensoren, Sauerstoffsensoren und/oder Temperaturgeber usw., deren Eingabesignale beispielsweise als Eingabeparameter in der Schätzung von beispielsweise der Wärmeverluste mit computerbasierten Modellen statt der Modelle der zuvor beschriebenen Art verwendet werden können.The method according to the invention for controlling the internal combustion engine may also be combined with sensor signals from other sensor systems where crank angle resolution is not available, for example pressure sensors, NO x sensors, NH 3 sensors, soot sensors, oxygen sensors and / or temperature sensors, etc ., whose input signals can be used, for example, as input parameters in the estimation of, for example, the heat losses with computer-based models instead of the models of the type described above.
Zusätzlich wurde die vorliegende Erfindung zuvor in Bezug auf Fahrzeuge erläutert. Die Erfindung ist aber auf jegliche Fortbewegungsmittel/Prozesse anwendbar, auf welche die Verbrennungssteuerung wie zuvor beschrieben anwendbar ist, wie beispielsweise Wasserfahrzeuge und Flugzeuge mit Verbrennungsprozessen wie zuvor beschrieben.In addition, the present invention has been explained above with respect to vehicles. However, the invention is applicable to any transportation means / processes to which the combustion control is applicable as described above, such as watercraft and 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 und dass die vorliegende Erfindung in keinerlei Hinsicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahren gemäß der Erfindung beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen im Umfang der beigefügten unabhängigen Ansprüche betrifft und umfasst.It should also be understood that the system may be modified according to various embodiments of the method according to the invention (and vice versa) and that the present invention is in no way limited to the previously described embodiments of the method according to the invention, but all embodiments in scope of the appended independent claims.
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