DE60317298T2

DE60317298T2 - System und Verfahren für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60317298T2
Application number: DE60317298T
Authority: DE
Inventors: Anders Johnsson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-11
Also published as: US20040182377A1; US6845761B2; DE60317298D1; EP1445457B1; EP1445457A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeug-Verbrennungsmotoren sowie ein Verfahren und ein System zur Verbesserung der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors.
Hintergrund der Erfindung
Kraftstoffe für Fremdzündungsmotoren müssen strengen Spezifikationen in Bezug auf ihre Flüchtigkeitseigenschaften entsprechen, um zufriedenstellenden Betrieb von Verbrennungsmotoren zu gewährleisten. Der Kraftstoff muss eine ausreichend große Fraktion von hochflüchtigen Komponenten für guten Kaltstart des Motors beinhalten, jedoch darf die Flüchtigkeit nicht so hoch sein, dass der Betrieb und das Anlassen oder während des Fahrens mit warmem Motor beeinträchtigt wird.
Die Flüchtigkeit hat einen großen Einfluss auf die Wandfilmdynamik in den Zylindern, zum Beispiel in Benzinmotoren mit Saugkanaleinspritzung. Ein Kraftstoff mit unterschiedlicher Kraftstoffflüchtigkeit wird zu einem veränderten Luft-Kraftstoff-Verhältniswert (λ) führen, was wiederum zu unerwünschter Verbrennung führen kann.
US-A1-202/023623 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Verbrennung in Abhängigkeit von einem geschätzten Kraftstoffflüchtigkeitswert gesteuert wird.
Kurzfassung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft das Problem des Erzielens eines verbesserten Betriebes eines Verbrennungsmotors.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 erzielt.
Indem die Flüchtigkeit des Kraftstoffes bestimmt wird, ist es möglich, Wandfilmfunktionen und/oder Modelle in der Motorsteuereinheit zu kompensieren und eine verbesserte Verbrennungsqualität zu erzielen. Dadurch wird der Motor automatisch optimiert, selbst für Kraftstoffe, die sich wesentlich von dem Kraftstoff unterscheiden, für den der Motor ursprünglich ausgelegt war.
Erfindungsgemäß wird ein gemessener Luft-Kraftstoff-Verhältniswert mit einer Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen verglichen, und der Kraftstoffflüchtigkeitswert wird in Abhängigkeit von diesem Vergleich gebildet. Dies ermöglicht vorteilhaft die Anpassung der Verbrennungssteuerung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Kraftstoffqualität, die gegenwärtig für den Motor verwendet wird. Dadurch können handelsübliche Kraftstoffe von weltweiten Märkten genutzt werden, obwohl die Kraftstoffqualität in einem breiten Bereich schwanken kann.
Da ein Aspekt der Erfindung auf Vergleichen zwischen wechselseitig verschiedenen geschätzten Luft-Kraftstoff-Werten und einem Messwert zur Bestimmung eines Kraftstoffflüchtigkeitswertes basiert, wird vorzugsweise eine große Anzahl von geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerten in dem Modell verwendet. Eine große Anzahl von geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerten erhöht die Genauigkeit des ermittelten Kraftstoffflüchtigkeitswertes, was zu besserer Verbrennungssteuerung des Motors führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nunmehr anhand der anhängenden Zeichnungen detaillierter beschrieben werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein Blockschema und veranschaulicht einen Fahrzeug-Antriebsstrang und ein Steuerungssystem für denselben.
2 veranschaulicht schematisch einen Innenverbrennungsraum und ein Steuerungssystem für denselben.
Die 3a und 3b veranschaulichen ein Blockschema eines Systems entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. 3c veranschaulicht ein Blockschema eines Systems gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Die 4a und 4b sind Fließschemata und veranschaulichen ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung. 4c zeigt ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung in größerem Detail.
5 ist ein Fließschema und veranschaulicht ein Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung.
6 zeigt ein Fließschema eines Verfahrens gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
7 ist ein Blockschema und veranschaulicht einen Mikrocomputer, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Die 8a und 8b veranschaulichen ein Blockschema eines weiteren Aspektes der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch einen Fahrzeug-Antriebsstrang 1 und ein Steuerungssystem für denselben. Der Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und ein Antriebsstrang-Element in Form eines Zahnradgetriebes 4. Eine Welle 5 ist zwischen dem Motor 2 und dem Zahnradgetriebe 4 gekoppelt, wobei die Welle 5 als Kraftübertragungseinrichtung arbeitet. Eine Getriebe-Ausgangswelle 7 treibt die Räder des Fahrzeuges für dessen Antrieb an.
Eine Steuereinheit 8, wie zum Beispiel eine Motorsteuereinheit (Engine Control Unit, ECU), ist angepasst, um Signale von einem Gaspedal-Element 9 des Antriebsstranges zu empfangen, wobei das Element 9 ein Gaspedal sein kann, und um Parameter, wie zum Beispiel Motorzustands-Parameter, von Sensoren 11 (11a, 11b, 11c und 11d) zu empfangen sowie um Signale zum Steuern des Betriebes des Motors zu senden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren benötigt lediglich Eingangssignale, die heute verwendet werden, das heißt es werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Die Sensoren 11a–d können auf verschiedene Arten angepasst werden für Kommunikation mit der Steuereinheit 8. Sensoren, wie zum Beispiel 11a, können zwischen der Steuereinheit 8 und anderen Steuereinheiten, in dem vorliegenden Beispiel einer Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit, TCU), angeordnet werden. Alternativ dazu können Sensoren 11b direkt für Kommunikation mit der Steuereinheit 8 angeordnet werden. Wie in der Figur gezeigt wird, können die Sensoren 11c sowohl mit der Steuereinheit 8 als auch mit anderen Fahrzeug-Antriebsstrang-Elementen, wie zum Beispiel dem Motor 2, verbunden werden. Weiterhin können die Sensoren 11d für Kommunikation mit internen Steuereinheiten, wie zum Beispiel der Getriebesteuereinheit TCU 10, die von den Sensoren 11d detektierte Daten vorverarbeiten und danach relevante Daten an die Steuereinheit 8 senden kann, angepasst sein. Die Sensoren 11a–d können unter anderem Temperatursensoren, Drosselklappen-Potentiometer, Drosselklappenschalter, Anlassschalter, Lambda-Sensoren, Drucksensoren und Kühltemperatursensoren sein. Die Steuereinheit 8 verarbeitet Signale von den Sensoren und steuert verschiedene Funktionen in jeweiligen Antriebsstrang-Elementen.
Die Steuereinheit 8 ist angepasst für Kommunikation mit der Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit, TCU) 10. Die Getriebesteuereinheit TCU 10 ist weiterhin insbesondere angepasst, um Signale zu empfangen, die Getriebezustands-Parametern entsprechen, und um Steuersignale an das Getriebe 4 zu senden.
2 veranschaulicht schematisch einen Innenverbrennungsraum in einem Motor eines Fahrzeug-Antriebsstranges. In der Figur gezeigt, bezeichnet eine Verweisziffer 20 einen Zylinderblock, und eine Verweisziffer 21 bezeichnet eine Zylinderbohrung, in der ein Kolben 22 verschiebbar montiert ist. Der Kolben 22 kann mit der Kurbelwelle 5 (in 1 gezeigt) über eine Pleuelstange 23, die drehbar in einem Kurbelgehäuse 24 des Zylinderblockes 20 montiert ist, verbunden werden.
Eine untere rahmentragende Brücke und eine Ölwanne, die zusammen das Kurbelgehäuse bilden, sind aus 2 weggelassen worden.
Ein Luftinjektor 221 ist angepasst, um Luft über ein Ansaugluftrohr 220 und einen Ansaugkrümmer 225a zu einem Kanal 226a zuzuführen. Der Luftinjektor 221 kann der Kompressor eines Laders oder eines Turboladers sein. Alternativ dazu kann der Motor ein Motor mit Selbstansaugung sein. Eine Kraftstoff-Einspritzdüse 222 ist angepasst, um Kraftstoff in den Kanal 226a zu fördern, wobei der Kanal den Ansaugkrümmer 225a mit einem Ventil 27a verbindet. Die Steuereinheit 8 ist angepasst für Kommunikation mit der Kraftstoff-Einspritzdüse 222 und um den Betrag von in den Kanal 226a gefördertem Kraftstoff zu steuern. Die Steuereinheit 8 ist weiterhin angepasst für Kommunikation mit dem Luftinjektor 221 und um den Betrag von in den Ansaugkrümmer 225a geförderter Luft zu steuern.
Luft und Kraftstoff werden in dem Kanal 226a zu einem Luft-Kraftstoffgemisch 29 vermischt. Das Luft-Kraftstoffgemisch 29 wird über den Kanal 226a zu den Ventilen 27 gefördert und über die Ventile 27a weiter in die Zylinderbohrung 21 gefördert. Der Ansaugkrümmer kann mit einer Vielzahl von Ventilen 27a verbunden werden, wenngleich in 2 lediglich eine Verbindung gezeigt wird. Die Anzahl der Ventile 27a in einem jeden Zylinder des Motors 2 kann eine Vielzahl von Ventilen sein, wenngleich in 2 lediglich ein Ventil 27a veranschaulicht wird. Die Steuereinheit 8 ist angepasst für Kommunikation mit dem Ventil 27a und zur Steuerung der Luft-Kraftstoffgemisch-Zuführung in die Zylinderbohrung 21. Die Einspritzung eines Luft-Kraftstoffgemisches 29 über die Ventile 27a wird so gesteuert, dass eine möglichst gleichmäßige Verteilung in der Zylinderbohrung erfolgt. Zur Initialisierung der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches 29 in der Zylinderbohrung ist eine Zündkerze 28 angeordnet, um die Bereitstellung von Funken in dem Zylinder zu ermöglichen. Die von der Zündkerze 29 erzeugten Funken können durch die Steuereinheit 8 gesteuert werden.
An und in dem Ansaugventil 27a wird die Dynamik der veranschaulichten Kraftstoff-Tröpfchen bei 200 stark vergrößert gezeigt. Diese Dynamik ist für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse. Durch Schätzen der Wandfilmdynamik während Änderungen der Motorlast und unter Verwendung eines Modellbank-Algorithmus kann die Kraftstoffflüchtigkeit in Echtzeit bestimmt werden.
Das in die Zylinderbohrung 21 eingespritzte Luft-Kraftstoffgemisch kann in verschiedenen Stadien des Otto-Verfahrens einer Phasenumwandlung unterliegen. Ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes kann an der Ansaugkanalwand anhaften. Der an der Wand anhaftende Kraftstoff kann unabhängig von der Phase, in der er sich gegebenenfalls befindet (zum Beispiel flüssige Phase oder Gasphase) in einem späteren Stadium, zum Beispiel wenn er sich ablöst, den vorliegenden Luft-Kraftstoff-Verhältniswert in der Zylinderbohrung 21 beeinflussen, der auch als λ-Wert bezeichnet wird.
Ein Lambda-Sensor 210 wird bereitgestellt, um einen gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert zu erzeugen. Er kann in einem Abgaskrümmer 225b platziert werden. Ein Kanal 226b verbindet ein Auslassventil 27b und den Abgaskrümmer 225b. Der Krümmer weist ein Abgasrohr 228 auf, in dem Abgase von der Zylinderbohrung 21 über das Auslassventil 27b umgelenkt werden. Der Verbrennungsraum kann eine Vielzahl von Auslassventilen 27b umfassen, wenngleich in der Figur lediglich ein Ventil 27b gezeigt wird. Die Steuereinheit 8 ist angepasst für Kommunikation mit dem Ventil 27b und zur Steuerung des Ventils 27b. Der Lambda-Sensor ist angepasst, um mit der Steuereinheit 8 zu kommunizieren und insbesondere um einen gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert an die Steuereinheit 8 zu senden. Der Lambda-Sensor kann einen Durchschnitt von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen mehrerer Zylinder des Motors messen.
3a veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung. Das Modellbankverfahren ist eingerichtet, um die Wandfilmdynamik in den Ansaugkanälen des Fahrzeug-Antriebsstranges zu bestimmen und insbesondere um den Ablagerungsfaktor X zu bestimmen, um so die Flüchtigkeit zu schätzen.
Die Sensoren 11a–d (1) sind eingerichtet, um Eingangsdaten zu der Steuereinheit 8 des Fahrzeug-Antriebsstranges über einen Datenbus 320 zu detektieren und zu übertragen. Die Eingangsdaten umfassen Daten, wie zum Beispiel die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge 301, die in den Zylinder eingespritzte Luftmenge 302, die Motordrehzahl 303, die Motorlast 304, der von dem Lambda-Sensor gemessene Lambda-Wert 305, die Kühlmitteltemperatur 306 u. s. w. Der Datenbus 320 kann Daten von den Sensoren 11a–d übertragen, wird in 3 veranschaulicht, die einige Beispiele von Eingangsdaten (301 bis 306) zeigt. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von relevanten Daten von den Sensoren 11a–d über den Datenbus 320 übertragen werden können.
Die Daten können in einem beliebigen der Sensoren 11a–d zu einem erwünschten Format verarbeitet werden, welches von unmittelbarem Interesse ist. Alternativ dazu werden die Daten an die Steuereinheit 8 übertragen und dort verarbeitet. Zum Beispiel kann das detektierte Signal durch einen in den jeweiligen Sensor integrierten A/D-Wandler oder in der Steuereinheit 8 aus einem Analogformat in ein Digitalformat umgewandelt werden.
Die Steuereinheit 8 umfasst einen Flüchtigkeitsgenerator 300 und ein Verbrennungs-Steuergerät 360. Der Flüchtigkeitsgenerator 300 und das Verbrennungs-Steuergerät 360 sind für gegenseitige Kommunikation eingerichtet.
Der Datenbus 320 überträgt die Eingangsdaten parallel zu einer Anzahl N (1 ≤ i ≤ N, i ε Z⁺) von Motorenmodellen EM₁ bis EM_N, die eine Modellbank bilden. Z+ bedeutet positive ganze Zahlen, die Anzahl der Motorenmodelle ist somit N, und i stellt eine beliebige positive ganze Zahl zwischen 1 und N dar. Ein jedes Motorenmodell EM umfasst ein Rechengerät, das angepasst ist, um einen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert λ_i zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Motorenmodelle in allen Aspekten mit einer Ausnahme identisch. Ein jedes Motorenmodell verwendet einen einzigartigen vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor-Wert X_i in dem Rechenprozess. Zum Beispiel kann das Motorenmodell EM₁ einen einzigartigen vorgegebenen Ablagerungsfaktor-Wert X_i aufweisen, der gleich 0,01 ist (X_i = 0,01). Als Reaktion auf Signale von den Sensoren 11a–d in Kombination mit dem einzigartigen Ablagerungsfaktor-Wert erzeugt es ein entsprechendes Luft-Kraftstoffverhältnis λ₁ wie in 3a gezeigt. Die anderen Motorenmodelle EM₂ bis EM_N der Modellbank arbeiten analog dazu. Ein jedes der einzelnen Motorenmodelle EM_i verwendet jeweils die gleichen Eingangsdaten, jedoch auf Basis von individuellen und wechselseitig verschiedenen vorgegebenen Ablagerungsfaktoren, ein jedes Motorenmodell erzeugt einen einzigartigen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert λ_i. Die einzigartigen Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte werden an die Verarbeitungseinheit 330 gesendet. Die einzigartigen Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte werden auch als Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen bezeichnet.
Die Verarbeitungseinheit 330 ist eingerichtet, um Eingangsdaten D1 bis DN von den Motorenmodellen EM₁ bis EM_N in den jeweiligen Datenports P1 bis PN zu empfangen. Die Eingangsdaten D1 bis DN können die Signale 301 bis 306 sein. Weiterhin ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältniswert-Sensor, der vorzugsweise hinter den Zylindern des Fahrzeug-Antriebsstranges 1 wie in 2 gezeigt angeordnet wird, eingerichtet, um einen Messwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses λ_meas zu messen und an die Steuereinheit 8 zu übertragen.
Die Verarbeitungseinheit 330 verarbeitet sowohl die Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen als auch den gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die wechselseitig verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen während Änderungen der Motorlast mit dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Wert verglichen, so dass eine beste Schätzung des tatsächlichen Ablagerungsfaktors ermittelt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert der Vergleich auf in Echtzeit erzeugten Ableitungen des (der) geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte(s). Wenigstens eine Ableitung eines jeden geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes kann berechnet werden. Die Ableitungen können eine oder mehrere Ordnungen sein. Die Ableitungen können in Bezug auf Zeit berechnet werden, wenn die Dynamik des Modells durch eine Laständerung angeregt wird. Die Ableitungen können in Bezug auf andere Parameter, wie zum Beispiel die Motorlast und die Motordrehzahl, berechnet werden. Entsprechende Ableitungen werden für den gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert berechnet. Der erzeugte, verarbeitete geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, der während eines bestimmten Zeitraumes im Vergleich zu dem erzeugten, verarbeiteten gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert den geringsten integrierten Fehler aufweist, ist als der beste Schätzwert auszuwählen. Der entsprechende Ablagerungsfaktor, der ebenfalls in dem Motorenmodell gespeichert werden kann, wird als Ausgangsdaten X_i bezeichnet und an die Verarbeitungseinheit 350 übertragen.
Der Ablagerungsfaktor X_i wird in einem Eingang 337 der Verarbeitungseinheit empfangen. In der Verarbeitungseinheit 350 wird eine weitere Vergleichsverarbeitung durchgeführt. Der ausgewählte Ablagerungsfaktor X_i wird an den Eingang 345 der Verarbeitungseinheit 350 übergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Kaltstart des Motors beziehungsweise wenn der Motor kalt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Motortemperatur von dem Sensor 11c detektiert, und der detektierte Temperaturwert wird an den Eingang 340 an die Verarbeitungseinheit 350 übergeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Vielzahl von Bezugs-Kraftstoffmodellen in der Verarbeitungseinheit 350 bereitgestellt. Eingangsdaten werden in Echtzeit von den Sensoren 11a–d detektiert und über den Datenbus 340 an die Steuereinheit 8 übertragen und in der Verarbeitungseinheit 350 berücksichtigt. In Abhängigkeit von den Eingangsdaten, wie zum Beispiel der Motortemperatur, werden die Ausgangsdaten X_i mit der wenigstens einen X-Schätzung eines Bezugskraftstoffes verglichen, der während der Kalibrierung bestimmt und in einem Speicher (nicht gezeigt) in der Verarbeitungseinheit 350 gespeichert worden ist.
Die Verarbeitungseinheit 350 erzeugt weiterhin eine Schätzung der Kraftstoffflüchtigkeit in Abhängigkeit von den Ausgangsdaten X_i und wenigstens einen X-Wert eines Bezugskraftstoffes, wobei die Flüchtigkeitsschätzung als Ausgang V_E an einen Eingang 365 in einem Verbrennungs-Steuergerät zwecks weiterer Verarbeitung übertragen wird.
Der Flüchtigkeitsgenerator 300 umfasst die Merkmale EM₁ bis EM_N, 330 und 350.
Das Verbrennungs-Steuergerät 360 kann die Flüchtigkeitsschätzung zum Ausgleich von Wandfilmfunktionen verwenden, die von der Steuereinheit 8 zum Steuern des Motors 2 verwendet wird, um die Verbrennungsqualität in den Zylindern der Motorzylinder zu verbessern, indem Steuersignale an die Ventile 27 und die Zündkerze 28 übertragen werden.
3c veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem vier verschiedene Flüchtigkeitsgeneratoren 301, 302, 303 und 304 wie oben beschrieben von dem Datenbus 320 gespeist werden. Weiterhin ist ein Lambda-Sensor für einen jeden Zylinder eingerichtet, um den Luft-Kraftstoff-Verhältniswert in dem jeweiligen Zylinder zu messen und um den Wert an den jeweiligen Flüchtigkeitsgenerator zu übertragen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Flüchtigkeitsgeneratoren 301 bis 304 eingerichtet, um mit den Verbrennungs-Steuergeräten 361, 362, 363 beziehungsweise 364 zu kommunizieren. Die Flüchtigkeitsgeneratoren 301 bis 304 erzeugen Flüchtigkeitsschätzungen V_E1 bis V_E4 und übertragen diese Schätzungen an das jeweilige Verbrennungs-Steuergerät, wie in der Figur gezeigt wird. Die Verbrennungs-Steuergeräte 361 bis 364 steuern einzeln einen separaten Zylinder des Motors 2, und somit umfasst der Motor 2 in diesem Ausführungsbeispiel vier Zylinder.
4 ist ein Blockschema und veranschaulicht einen Überblick eines Motorenmodells EM zum Bestimmen der Wandfilmdynamik gemäß einem Aspekt der Erfindung.
Das Wandfilmmodell ist das Aquino-Modell G_ww:
wobei X der Anteil des sich an der Wand ablagernden eingespritzten Kraftstoffes ist, der auch als Ablagerungsfaktor bezeichnet wird, wie in 2 bei 200 gezeigt wird, und wobei τ_ww die Verdampfungszeitkonstante ist. Sowohl X als auch τ_ww sind abhängig von der Flüchtigkeit des Kraftstoffes als auch zum Beispiel von der Motortemperatur, der Motorlast und der Motordrehzahl. Diese Eigenschaften werden als Eingangsdaten zu dem Modell detektiert und übertragen und in verschiedenen Berechnungsschritten als 410, 420 beziehungsweise 430 berücksichtigt.
Das Modell der Gasdynamik G_gd in dem Zylinder des Motors lautet:
wobei sowohl die Verzögerung T_d als auch die Zeitkonstante τ_gd gegen die Motorlast 304 und die Motordrehzahl 305 aufgezeichnet werden. Vorzugsweise werden die Eingangssignale M_a, M_f, 4420 und 430 um T_d verzögert werden, um die Zeitverzögerung in der Gasdynamik zu kompensieren.
5 ist ein Fließschema und veranschaulicht ein Verfahren des Betreibens von in 3a gezeigten Steuereinheiten gemäß einem Aspekt der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsraum die Zylinderbohrung, gezeigt in 2. Der Schritt s53 dient dem Empfangen eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes. Der nächstfolgende Schritt s55 dient dem Empfangen einer Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen, wobei die Luft-Kraftstoff-Schätzungen in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Ablagerungsfaktor erzeugt werden. Unter Bezugnahme auf 3a kann ein jedes Motorenmodell Em₁ bis EM_N wechselseitig verschiedene Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen erzeugen. Der Schritt s57 dient der Erzeugung eines Kraftstoffflüchtigkeitswertes, und schließlich dient der Schritt s58 der Steuerung von Verbrennung in Abhängigkeit von dem Kraftstoffflüchtigkeitswert.
6 zeigt ein Fließschema eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Erfindung. Eingangsdaten 301 bis 306 werden unter anderem in dem Schritt s610 wie oben beschrieben durch die Sensoren 11a–d detektiert und an die Steuereinheit 8 übertragen, in der die folgenden Schritte durchgeführt werden. Vorzugsweise wird der Schritt s620 durch eine Vielzahl von Motorenmodellen EM₁ bis EM_N durchgeführt, wobei ein jedes Motorenmodell wenigstens eine Schätzung erzeugt. Jede der erzeugten Luft-Kraftstoff-Schätzungen ist einzigartig, beruhend auf dem Umstand, dass eine jede Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzung für einen bestimmten Wert des Ablagerungsfaktors wie oben beschrieben erzeugt wird. In dem Schritt s630 wird ein Wert des aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes in einem Zylinder in dem Schritt s630 detektiert. Dieser wird auch als gemessener Luft-Kraftstoff-Verhältniswert bezeichnet. Für den Durchschnittsfachmann wird erkennbar sein, dass das Verfahren auf alle Zylinder in dem Motor 2 angewendet werden kann, insofern es einen Lambda-Sensor gibt, der die Luft-Kraftstoff-Verhältniswerte für einen jeden Zylinder misst. Weiterhin werden die erzeugten Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen (aus dem Schritt s620) und der gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältniswert (Schritt s630) in dem Schritt s640 verarbeitet. Dieser Vergleich findet in dem Schritt s650 statt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine jede Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzung mit dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert verglichen, und die Schätzung, deren Wert am nahesten an dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert liegt, wird ausgewählt. Diese ausgewählte Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzung entspricht einem bestimmten Ablagerungsfaktor-Wert. Genauer gesagt, der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzung, die in dem Schritt s620 aus einem vorgegebenen Ablagerungsfaktor erzeugt wird. In dem Schritt s650 wird dieser Ablagerungsfaktor ausgewählt. Eingangsdaten, die in dem Schritt s660 durch die Sensoren 11a–d detektiert werden, werden benötigt, um eine in dem Schritt s670 durchgeführte Flüchtigkeitsschätzung zu erzeugen. Diese Eingangsdaten umfassen wenigstens die Motortemperatur und werden für die in dem Schritt s670 durchgeführte Schätzung verwendet. Die Schätzung wird zum Beispiel durch ein Identifizierungsverfahren durchgeführt, bei dem der ausgewählte Ablagerungsfaktor mit Ablagerungsfaktoren von Bezugskraftstoffen verglichen wird. In Abhängigkeit von der erzeugten Flüchtigkeitsschätzung wird die Verbrennung in einem Verbrennungsraum so gesteuert, dass die Verbrennungsqualität in dem Schritt s680 verbessert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der Schritt s650 einen Integralwert der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen und den gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der Schritt s650 die Zeitableitungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen und den gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, um den Vergleich der Dynamik zu ermöglichen und um einen Versatzfehler in den geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerten zu reduzieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vergleicht der Schritt s650 einen Integralwert der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen und den gemessenen zugehörigen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert mit abgebildeten Informationen in Abhängigkeit von in dem Schritt s610 detektierten Daten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verbrennung in einer Vielzahl von Verbrennungsräumen in dem Schritt s680 gesteuert.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Grafik einer Möglichkeit der Ausführung einer Einrichtung 700 gezeigt. Die oben genannte Steuereinheit 8 kann eine Einrichtung 700 umfassen. Die Einrichtung 700 umfasst einen nichtflüchtigen Speicher 720, eine Datenverarbeitungsvorrichtung 730 und einen Lese-Schreib-Speicher 740. Der Speicher 720 weist einen ersten Speicherabschnitt 750 auf, in dem ein Computerprogramm, wie zum Beispiel ein Betriebssystem, gespeichert ist, um die Funktion der Einrichtung 700 zu steuern. Weiterhin umfasst die Einrichtung 700 ein Bus-Steuergerät 770, einen seriellen Kommunikationsanschluss 771, Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtungen 772, einen Analog-Digital-Wandler 773, eine Zeitdaten-Eingabe- und Sendeeinheit 774, einen Ereigniszähler 775 und ein Verarbeitungsunterbrechungs-Steuergerät 776. Weiterhin umfasst die Einrichtung 700 einen Datenanschluss 799.
Das Datenverarbeitungsgerät 730 kann zum Beispiel durch einen Mikroprozessor ausgeführt werden.
Der Speicher 720 weist weiterhin einen zweiten Speicherabschnitt 760 auf, in dem ein Programm zum Verbessern der Verbrennungsqualität in einem Verbrennungsraum ge speichert ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Programm zum Verbessern der Verbrennungsqualität in einem Verbrennungsraum auf einem separaten nichtflüchtigen Aufzeichnungsmedium 762 gespeichert. Das Programm kann in einer ausführbaren Weise oder in einem gepackten Zustand gespeichert werden.
Wenn im Folgenden beschrieben wird, dass das Datenverarbeitungsgerät 730 eine bestimmte Funktion ausführt, ist darunter zu verstehen, dass das Datenverarbeitungsgerät 730 einen bestimmten Teil des in dem Speicher 760 gespeicherten Programms oder einen bestimmten Teil des auf dem Aufzeichnungsmedium 762 gespeicherten Programms ausführt.
Ein interner Taktgeber 777, der angepasst ist, um Taktfrequenzimpulse mit einer Frequenz von F MHz zu erzeugen. Der interne Taktgeber 777 ist über einen Datenbus 781 mit der Datenverarbeitungseinrichtung 730 sowie über einen Datenbus 780 mit dem Bus-Steuergerät 770 gekoppelt. Das Datenverarbeitungsgerät 730 kann über einen Datenbus 783 mit einem Datenport 799 kommunizieren. Der Speicher 720 ist für Kommunikation mit dem Datenbus 783 über den Datenbus 785 eingerichtet. Das separate nichtflüchtige Aufzeichnungsmedium 762 ist eingerichtet, um über einen Datenbus 789 mit dem Datenverarbeitungsgerät 730 zu kommunizieren. Der Lese-Schreib-Speicher 740 ist eingerichtet, um über einen Datenbus 785 mit dem Datenbus 783 zu kommunizieren. Interne Merkmale 771 bis 775 werden von dem internen Taktgeber 777 über einen Datenbus 787, der mit dem Datenbus 780 verbunden ist, jeweils zugeführt (in der Figur nur für 775 gezeigt). Das Bus-Steuergerät 770 wird direkt von dem Datenbus 780 gespeist. Weiterhin sind die internen Merkmale 770 bis 775 angepasst, um über den Datenbus 788 mit dem Datenbus 783 zu kommunizieren (in der Figur nur für 775 gezeigt). Die internen Merkmale 771 bis 775 sind angepasst, um mit dem Datenbus 782 zu kommunizieren, und ein jedes der internen Merkmale 770 bis 775 ist jeweils für Kommunikation mit einer externen Einheit über einen Datenbus 790 eingerichtet (in der Figur nur für 775 gezeigt).
Die unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschriebenen Verfahren können durch die Einrichtung 700 mittels des Datenverarbeitungsgerätes 730, das das in dem Speicherabschnitt 760 gespeicherte Programm ausführt, durchgeführt werden. Wenn die Einrichtung 700 das Programm ausführt, wird das unter Bezugnahme auf 5 und/oder 6 beschriebene Verfahren ausgeführt. Dadurch wird das Datenverarbeitungsgerät 730 eingerichtet, auf den Empfang von Eingangsdaten 301 bis 306, wie zum Beispiel dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, und der Eingangsdaten 340 an dem Datenport 799 oder in der Eingabe-/Ausgabe-Einheit 710 über den Datenbus 320 zu warten. Wenn die Daten an dem Datenport 799 empfangen werden, werden die Eingangsdaten in dem Lese-Schreib-Speicher 740 zeitweilig gespeichert. Wenn alle empfangenen Eingangsdaten zeitweilig gespeichert worden sind, wird das Datenverarbeitungsgerät eingerichtet, um die Berechnungen in der oben beschriebenen Art und Weise durchzuführen, so dass zum Beispiel eine Kraftstoffflüchtigkeitsschätzung erzeugt wird.
8 veranschaulicht ein Blockschema eines weiteren Aspektes der Erfindung.
Die Merkmale gemäß diesem Aspekt der Erfindung wirken im Wesentlichen wie die entsprechenden Merkmale in der 3a, mit der Ausnahme, dass eine jede Prozessoreinheit und ein jedes Motorenmodell EM₁ bis EM_N eine separate Prozessoreinheit ist und nicht in einer Steuereinheit 8 vorhanden ist.
Wenngleich die 8 die Mikroprozessoren MP1 bis MPN betrifft, ist zu beachten, dass ein jedes Gerät MP1 bis MPN durch eine Einrichtung 700 wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ausgeführt werden kann. Ein jeder Mikroprozessor MP1 bis MPN umfasst ein jeweiliges Motorenmodell Emi und entsprechend 3a.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, die folgenden Schritte umfassend: – Empfangen (s53) eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes, – Empfangen (s55) einer Vielzahl von geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältniswerten, wobei jede der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen in Abhängigkeit von einem einzigartigen vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor erzeugt wird, – Vergleichen jeder der Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen mit dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, während sich die Motorlast ändert, so dass eine beste Schätzung des tatsächlichen Kraftstoffablagerungsfaktors erhalten wird, – Einrichten eines Kraftstoffflüchtigkeitswertes in Abhängigkeit von der besten Schätzung des tatsächlichen Kraftstoffablagerungsfaktors und – Regeln der Verbrennung in Abhängigkeit von dem Kraftstoffflüchtigkeitswert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen von wechselseitig verschiedenen Werten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor (X_i) und wenigstens einem detektierten Motorparameterwert (M_a, M_f) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von wechselseitig verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen in Abhängigkeit von demselben wenigstens einen detektierten Motorparameterwert (M_a, M_f) und einem wechselseitig verschiedenen, vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor (X_i) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältniswert durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (210, 11c) beigebracht wird, der positioniert ist, um ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgaskrümmer (225a) zu detektieren.
System zum Regeln der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, umfassend: – eine erste Empfangseinrichtung (335) zum Empfangen eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes (λ_meas), – eine zweite Empfangseinrichtung (P1, P2, ..., PN) zum Empfangen einer Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen (λ₁, λ₂, λ₃, ..., λ_N), wobei jede der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen in Abhängigkeit von einem einzigartigen vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor erzeugt ist, – eine Vergleichseinrichtung (330, 700) zum Vergleichen jeder der Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen mit dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert, während sich die Motorlast ändert, so dass eine beste Schätzung des tatsächlichen Kraftstoffablagerungsfaktors erhalten wird, – eine Schätzeinrichtung (330, 700) zum Erzeugen eines Kraftstoffflüchtigkeitswertes in Abhängigkeit von der besten Schätzung des tatsächlichen Kraftstoffablagerungsfaktors und – eine Regeleinrichtung (360) zum Regeln der Verbrennung in Abhängigkeit von dem Kraftstoffflüchtigkeitswert.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen (λ₁, λ₂, λ₃, ..., λ_N) von wechselseitig verschiedenen Werten ist.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (330, 700) so eingerichtet ist, dass sie wenigstens eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzung (λ₁, λ₂, λ₃, ..., λ_N) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor (X_i) und wenigstens einem detektierten Motorparameterwert (M_a, M_f) erzeugt.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (330, 700) so eingerichtet ist, dass sie eine Vielzahl von wechselseitig verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisschätzungen (λ₁, λ₂, λ₃, ..., λ_N) in Abhängigkeit von demselben detektierten Motorparameterwert (M_a, M_f) und einem wechselseitig verschiedenen vorgegebenen Kraftstoffablagerungsfaktor (X_i) erzeugt.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (210, 211) so positioniert ist, dass er einen tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert in einem Abgasrohr (228) detektiert und so eingerichtet ist, dass er den gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältniswert (λ_meas) beibringt.
Computer, der eine computergesteuerte Vorrichtung (8, 700) veranlasst, die Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors zu verbessern, umfassend eine computerlesbare Codeeinrichtung, die, wenn sie auf einer computergesteuerten Vorrichtung (8, 700) betrieben wird, die computergesteuerte Vorrichtung (8, 700) veranlasst, die Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend: ein computerlesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 11, wobei das Computerprogramm auf dem computerlesbaren Medium aufgezeichnet ist.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium einen Speicherchip umfasst.
Computerprogramm, umfassend eine computerlesbare Codeeinrichtung, die einen Computer veranlasst, die Schritte des Anspruchs 1 auszuführen, wenn das Programm auf einem Computer betrieben wird.
Computerprogramm, umfassend ein computerlesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 11, wobei das Computerprogramm auf dem computerlesbaren Medium aufgezeichnet ist.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium ein verbreitetes Signal ist.
Medium nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das verbreitete Signal eine Trägerwelle ist.