EP1517023A1 - Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor Download PDF

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EP1517023A1
EP1517023A1 EP03102363A EP03102363A EP1517023A1 EP 1517023 A1 EP1517023 A1 EP 1517023A1 EP 03102363 A EP03102363 A EP 03102363A EP 03102363 A EP03102363 A EP 03102363A EP 1517023 A1 EP1517023 A1 EP 1517023A1
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EP
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signal
throttling
presetting
calibration
fresh air
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Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Paul Eduard Moraal
Johannes Kuenstler
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    • F02D2041/141—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a feed-forward control element

Definitions

  • the present invention relates to a method for presetting the Fresh air supply throttling in an internal combustion engine, in particular in a diesel engine, which is equipped with a control circuit for regulating the Choking the fresh air supply is equipped, a method for Regenerating an exhaust gas purification device of an internal combustion engine, as well as an internal combustion engine.
  • particle filters are used. For example. collects in a diesel engine a particulate filter (DPF, diesel particulate Filter) the soot produced in the diesel engine. Thereby gather carbonaceous filter residues, the flow resistance for the increase the exhaust gas passing through the particulate filter. Therefore, such a Particulate filters can be regenerated from time to time to reduce fuel consumption the engine is not due to the flow resistance in undesirably increased.
  • the regeneration is done by a Oxidation process, d. H. by burning the filter residues.
  • the in the Filter residues contain carbon but does not ignite until relatively high temperatures of about 550 ° C, if the combustion process no receives catalytic support.
  • the said procedures have in common that a precise Control of the throttling is necessary to maintain the high exhaust gas temperature also in the non-stationary operation of the engine, d. H. at the transition between Different operating conditions, eg. When driving in city traffic with frequent idle operation and frequent braking events, maintained can.
  • the previous control strategies for throttling the Fresh air intake typically consist of a control term, too Preset term called the rapid resetting of the throttling allows, as well as a Regelterm, by the error in stationary operation the throttling are compensated.
  • the tax term which during the Development process, specifies a throttle position or the duty cycle of an actuator associated with the throttle.
  • One Vacuum adjusting device can be the same throttle devices to significant deviations in one work cycle lead assigned throttle positions.
  • significant deviations in the effective Flow cross sections occur at identical throttle positions. Therefore can be a throttle control for a motor (with nominal Throttle characteristics) are well set, whereas in others Motors due to (summed) manufacturing tolerances at identical Adjustment signal for throttling to a higher or lower flow through the throttle.
  • a lower river, d. H. a stronger one Throttling can cause instabilities in the combustion process in the engine or lead to problems during driving (especially with throttle plates with low leakage rate), whereas too high a flow, i. H.
  • Yet another object of the present invention is to provide a to provide improved combustion engine.
  • the first object is achieved by a method according to claim 1 to Presetting the fresh air supply throttling in an internal combustion engine, the second object by a method according to claim 12 for Regenerating a particulate filter in the exhaust system of an internal combustion engine and the third task by an internal combustion engine after Claim 13 solved.
  • the dependent claims represent advantageous Further developments of the invention.
  • a Control signal of the control loop with a preset signal to a the Throttling adjusting throttle signal combined.
  • the invention Method is characterized in that a calibration of the preset signal done on the basis of the control signal.
  • the invention is based on the following considerations:
  • the preset signal would be the correct Represent throttle signal, d. H. there would be no need for regulation. In fact, however, errors occur, in particular on manufacturing tolerances or aging of components are.
  • the control circuit is therefore used in stationary operation of the throttling these errors by means of a to be combined with the preset signal To balance the actuating signal.
  • the calibration according to the invention of the preset signal on the basis of Control signal now allows the manufacturing tolerances or aging phenomena already to be considered in the preset signal and so the Reduce contribution of the control signal to the throttle signal.
  • the result is a adapted to the present in each motor parameters preset signal.
  • the inventive method allows due to the improved preset signal especially in non-stationary Operation of the internal combustion engine improved control of Fresh air.
  • the method according to the invention enables an adaptive control strategy for the throttling, in which the preset signal again and again updated, d. H. to the current tolerances or aging phenomena is adapted.
  • the invention therefore takes a repeated calibration of the preset signal based on the control signal.
  • the Adaptation can be viewed as a "learning process” in which the throttling "learns" changing tolerances or aging phenomena account.
  • the adaptive control strategy can be position sensors make redundant for the throttle.
  • the Production costs for the throttling and adjusting device are reduced, because less stringent requirements for the specifications for the Manufacturing tolerances can be made.
  • the correction term can in particular be based on a presetting signal to be added and based on the control signal offsets determined become.
  • an area can be defined in which the Adjusting signal may vary without any calibration of the preset signal he follows. Ie. a calibration takes place in the presence of such Limit value only if that with the tolerances and / or aging phenomena accompanying error is no longer acceptable, by exceed the limit defined measure.
  • the correction term can in one embodiment of the method in particular be given by the offset itself. If the correction term is replaced by the Offset itself is given, there is a rapid response of the preset signal on the offset, d. H. There is a quick calibration. If a big one Offset, but it can be a big jump in the Preset signal come. Alternatively, the correction term can therefore also be given by a fraction of the offset, with the calibration then in several, corresponding to the number of fractions calibration steps he follows. This avoids large jumps in the preset signal.
  • a check may be made take place, whether the control loop in a stationary operating condition with calibration of the preset signal taking place only when a stationary operating state of the control loop is detected. This may cause erroneous calibration in a non-stationary state be avoided.
  • the stationary operating state be determined if selected engine parameters, eg. About a predetermined period of time are almost constant.
  • the determination of the presetting signal for the throttling can take place on the basis of a mapping rule which supplies a value for the presetting signal as a function of engine parameters of the internal combustion engine. Possibly. Corrections for ambient and / or engine conditions may be added to the presetting signal thus determined.
  • the determination of the preset signal is generally based on such a mapping rule.
  • the calibration of the preset signal can therefore be realized in a simple manner by updating the mapping rule. During calibration, either the entire mapping rule can be updated, ie the mapping rule for all engine parameters is updated, or the part of the mapping rule whose motor parameters correspond to the stationary operating state can only be updated.
  • the inventive method for presetting the Frischluftzuchtdrosselung in an internal combustion engine can be used in particular as part of a method for regenerating a particulate filter while increasing the exhaust gas temperature in the exhaust system of an internal combustion engine by throttling the fresh air supply.
  • FIG. 1 For a better understanding of the invention, first with reference to FIG. 1 typical structure of a control for the fresh air supply throttle 1, hereafter referred to as throttle, in an internal combustion engine described.
  • throttle By means of the throttle 1, the intake pressure in the intake manifold of the engine.
  • the controller includes a controller that receives a control signal or Preset signal u_ff for influencing the throttle 1 outputs. Determining the preset signal u_ff is based on a calibrated Mapping rule 3, the control signal u_ff depending on the Engine speed 2 and the engine torque 4 outputs. The basis of the Ab Struktursvorschrift 3 determined value for the preset signal u_ff can by means of a correction unit 5 as a function of others Operating conditions 6 of the engine are corrected.
  • control / regulation comprises a control loop with a Controller 7, which outputs a control signal u_fb for influencing the throttle 1.
  • the controller 7 generates the control signal u_fb in response to the deviation map_error of the actual pressure map measured in the intake manifold from a setpoint map_ref.
  • the setpoint map_ref for the pressure in Intake manifold is based on a calibrated mapping rule 9 determines the setpoint map_ref as a function of the engine speed 2 and the engine torque 4 outputs.
  • a setpoint correction unit 11 may be to enter ambient conditions and other engine operating conditions 12 take into account the setpoint determined using the mapping rule 11 get a correction before the deviation map_error of the actual Pressure map in the intake manifold of the desired value map_ref is determined.
  • the Deviation map_error is finally entered into the regulator, which is on the basis of the deviation map_error that control signal u_fb calculated.
  • the control signal u_fb becomes the preset signal u_ff added to a throttle signal u as a setting signal actuator_cmd for to get the actuator of the throttle 1.
  • the Throttle signal u in an optional scaling unit 13 is still a scale so that the scaled throttle signal is the actual tuning signal actuator_cmd for the actuator of the throttle 1 represents.
  • control is used to quickly adjust the To allow throttle 1 during non-stationary operation of the engine while the control in stationary operation of the engine correcting errors takes over due to aging effects or manufacturing tolerances occur.
  • the control signal u_fb now becomes the control used to the preset signal u_ff bspw.
  • an offset ff_offset especially to calibrate repeatedly and so the preset signal u_ff to changed operating conditions of the engine, eg. Due to Aging phenomena, adapt.
  • the thus adapted or updated presetting signal u_ff then allows a more precise setting throttling.
  • Step 24 is a query of whether to allow the calibration of the preset signal is. If not, the process returns to its starting point.
  • Both Conditions, d. H. Regulation of the throttle and allowance of the calibration must be met before the actual calibration procedure in Step 26 can begin. If no regulation of the throttle takes place, stands the necessary information for calibrating the preset signal u_ff not to disposal.
  • a stationary state of the engine can be, for example. by establishing limits for the engine speed and the derivative Torque are set when they reach or fall below a stationary state of the engine is present.
  • a stationary condition of the engine is strictly speaking characterized from that the engine speed and the torque are constant, d. H. the Derivation of the engine speed and the torque after the time Have zero value. Therefore, the set limits should be close to zero lie. The closer the limits are to zero, the more accurate is one steady state when falling below the limits reached. The Limits should therefore be chosen in particular depending on it How exactly the steady state must be reached to a allow meaningful calibration of the preset signal u_ff.
  • a stationary state of the control is given when the control signal u_fb has reached a steady (constant) value, i. H. the deviation map_error of the actual map pressure in the intake manifold from the setpoint map_ref has reached zero.
  • a steady (constant) value i. H. the deviation map_error of the actual map pressure in the intake manifold from the setpoint map_ref has reached zero.
  • the limit should be chosen depending on it be how exactly the steady state of the scheme must be reached, to allow a meaningful calibration of the preset signal u ff.
  • step 26 of the stationary state If the described values and possibly the values of other relevant signals are constant over a certain period of time, the presence is in step 26 of the stationary state.
  • the period of time over which the constancy must be available, can be chosen freely. If, however, they are elected too long This may result in infrequent stationary conditions being detected so that calibration can rarely be done. Usually amounts to the duration of a few seconds.
  • step 26 If the steady state is not detected in step 26, it will Procedure back to its starting point. If, on the other hand, this is the case a steady state is detected, then next in step 28 the offset ff_offset to be added to the preset signal u_ff is calculated.
  • a range defined by a value ⁇ is permitted, in which the value y% of the actuating signal u_fb may move without an offset being added to the preset signal.
  • the value of the offset ff_offset is then calculated as follows: where ⁇ is an adjustable value, which is typically about 3% to 5%.
  • step 30 which follows the calculation of the offset, the Calculating a correction term for the calibrated mapping rule 3 (Fig. 1), the control signal u_ff in response to the engine speed 2 and the motor torque 4 outputs.
  • step 32 the calibrated Mapping instruction 3 is then updated on the basis of the correction term or corrected.
  • the correction term can, for example, the total value of the calculated in step 28 Offsets be ff_offset.
  • the method can updating, d. H. correcting, calibrating Figure 3 in steps that follow in their increment are limited above. If, for example, the value of the preset signal is 50% in the basic calibration, although under the current operating conditions Should be 65% to the desired degree of throttling (as in the Setpoint map_ref is set), so takes place in the one Configuration updating the mapping rule from 50% to 65% in a single update step, whereas updating the calibrated mapping rule 3 in the alternative embodiment in several small update steps, for example, in three steps to each 5% per step.
  • Updating the calibrated mapping rule 3 may save the entire relate to calibrated mapping rule 3, d. H. there is an update the calibrated mapping rule 3 for all engine parameters. alternative However, it may just be an update of that part of be performed calibrated mapping rule 3, the motor parameters of the correspond stationary operation state.
  • Step 26 After updating the calibration mapping rule that is Calibration of the preset signal stops and the process returns to its Initial state back. If to determine the steady state in Step 26 is using a timer, this will be before returning to the Initial state reset.
  • the method according to the invention can be realized both in the form of a hardware solution and in the form of a software solution.
  • a software solution for example, the following algorithm can be used:

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Abstract

Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, welcher mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestattet ist, wird ein Stellsignal (u_fb) des Regelkreises mit einem Voreinstellsignal (u_ff) zu einem die Drosselung einstellenden Drosselsignal (u) kombiniert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) anhand des Stellsignals (u_fb) erfolgt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Dieselmotor, welcher mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestattet ist, ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasreinigungseinrichtung eines Verbrennungsmotors, sowie einen Verbrennungsmotor.
Um schädliche Emissionen von Verbrennungsmotoren zu vermindern, kommen im Abgassystem angeordnete Partikelfilter zur Anwendung. Bspw. sammelt in einem Dieselmotor ein Partikelfilter (DPF, Diesel Particulate Filter) den im Dieselmotor erzeugten Ruß. Dabei sammeln sich kohlenstoffhaltige Filterrückstände an, die den Strömungswiderstand für die den Partikelfilter passierenden Abgase erhöhen. Daher muß ein derartiger Partikelfilter von Zeit zu Zeit regeneriert werden, damit sich der Kraftstoffverbrauch des Motors nicht aufgrund des Strömungswiderstandes in unerwünschter Weise erhöht. Das Regenerieren erfolgt durch einen Oxidationsprozeß, d. h. durch Verbrennen der Filterrückstände. Der in den Filterrückständen enthalten Kohlenstoff entzündet sich jedoch erst bei relativ hohen Temperaturen von ca. 550°C, sofern der Verbrennungsprozeß keine katalytische Unterstützung erfährt. Derart hohe Abgastemperaturen werden jedoch nur erreicht, wenn der Motor bei hoher Belastung oder im hohen Drehzahlbereich betrieben wird. Um ein Regenerieren des Partikelfilters unter allen Betriebsbedingungen, also auch dann, wenn der Motor nicht bei hoher Belastung oder im hohen Drehzahlbereich betrieben wird, gewährleisten zu können, muß daher die Möglichkeit geschaffen werden, ggf. die Abgastemperatur auf einen für die Regeneration des Partikelfilters ausreichenden Wert zu erhöhen.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen zum Erhöhen der Abgastemperatur vorgeschlagen worden. Eine Maßnahme zum Erhöhen der Abgastemperatur stellt dabei, ggf. im Zusammenspiel mit weiteren Maßnahmen, das Drosseln der Frischluftzufuhr des Motors dar, wie es bspw. in EP 1 205 647, EP 1 296 050 und EP 1 304 458 beschrieben ist.
Den genannten Vorgehensweisen ist gemeinsam, daß eine genaue Steuerung der Drosselung nötig ist, um die hohe Abgastemperatur auch im nicht-stationären Betrieb des Motors, d. h. beim Übergang zwischen verschiedenen Betriebszuständen, bspw. beim Fahren im Stadtverkehr mit häufigen Leerlaufbetrieb und häufigen Bremsvorgängen, aufrecht erhalten zu können. Die bisherigen Steuerungsstrategien für das Drosseln der Frischluftzufuhr bestehen typischerweise aus einem Steuerterm, auch Voreinstellterm genannt, der ein rasches Neueinstellen der Drosselung ermöglicht, sowie einem Regelterm, durch den Fehler im stationären Betrieb der Drosselung ausgeglichen werden. Der Steuerterm, der während des Entwicklungsprozesses eingestellt wird, spezifiziert eine Drosselstellung oder den Arbeitszyklus eines der Drossel zugeordneten Stellgliedes.
Alterungserscheinungen der Stelleinrichtung der Drossel, bspw. einer Unterdruck-Stelleinrichtung können bei an sich gleichen Drosseleinrichtungen zu signifikanten Abweichungen in den einem Arbeitszyklus zugeordneten Drosselstellungen führen. Ebenso können aufgrund von Herstellungstoleranzen signifikante Abweichungen in den effektiven Strömungsquerschnitten bei identischen Drosselstellungen auftreten. Daher kann eine Drosselsteuerung für einen Motor (mit nominellen Drosselkenngrößen) gut eingestellt sein, wohingegen sie bei anderen Motoren aufgrund von (summierten) Fertigungstoleranzen bei identischem Einstellsignal für die Drosselung zu einem höheren oder niedrigeren Fluß durch die Drosselklappe führt. Ein niedrigerer Fluß, d. h. eine stärkere Drosselung, kann zu Instabilitäten beim Verbrennungsprozeß im Motor oder zu Problemen im Fahrbetrieb führen (insbesondere bei Drosselplatten mit geringer Leckrate), wohingegen ein zu hoher Fluß, d. h. eine geringere Drosselung, negative Auswirkungen auf die erzielbare Abgastemperatur beim Regenerieren des Partikelfilters hat, was das Regenerieren des Partikelfilters erschwert. Die Bedeutung des letzten Punktes sollte nicht unterschätzt werden. Insbesondere, wenn man die Regenerationskennlinien katalytischer Filtersysteme oder von Partikelfiltern, bei denen die Regeneration ohne zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfolgt, betrachtet, ist zu erkennen, daß ein Verringern der Abgastemperatur um 10-20°C wegen der exponentiellen Abhängigkeit der Regenerationsrate von der Abgastemperatur zu einer Verdoppelung der benötigten Regenerationszeit führen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor zu Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, die zweite Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 12 zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors und die dritte Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 gelöst. Die Abhängigen Ansprüche repräsentieren vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Voreinstellen der der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, welcher mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestattet ist, wird ein Stellsignal des Regelkreises mit einem Voreinstellsignal zu einem die Drosselung einstellenden Drosselsignal kombiniert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals erfolgt.
Die Erfindung beruht auf den folgenden Überlegungen:
Würde ein hinreichend eingestelltes Drosselungssystem nominelle Drosselkenngrößen aufweisen, so würde das Voreinstellsignal das korrekte Drosselsignal darstellen, d. h. es würde kein Regelungsbedarf bestehen. Tatsächlich treten jedoch Fehler auf, die insbesondere auf Herstellungstoleranzen oder Alterungserscheinungen bei Komponenten zurückzuführen sind. Der Regelkreis dient daher dazu, im stationären Betrieb der Drosselung diese Fehler mittels eines mit dem Voreinstellsignal zu kombinierenden Stellsignals auszugleichen.
Das erfindungsgemäße Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals ermöglicht es nun, die Herstellungstoleranzen oder Alterungserscheinungen bereits im Voreinstellsignal zu berücksichtigen und so den Beitrag des Stellsignals zum Drosselsignal zu verringern. Das Resultat ist ein an die im jeweiligen Motor vorliegenden Kenngrößen angepasstes Voreinstellsignal. Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund des verbesserten Voreinstellsignals insbesondere beim nicht-stationären Betrieb des Verbrennungsmotors eine verbesserte Steuerung der Frischluftzufuhr.
Mit der verbesserten Steuerung der Frischluftzufuhr können insbesondere auch verbesserte Strategien zum Regenerieren von Partikelfiltern im Abgassystem des Verbrennungsmotors verwirklicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine adaptive Steuerungsstrategie für die Drosselung, in der das Voreinstellsignal immer wieder aktualisiert, d. h. an die aktuellen Toleranzen oder Alterungserscheinungen angepaßt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher ein wiederholtes Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals. Das Anpassen kann als "Lernprozeß" angesehen werden, in dem die Drosselung "lernt" sich verändernde Toleranzen oder Alterungserscheinungen zu berücksichtigen. Die adaptive Steuerungsstrategie kann Positionssensoren für die Drosselklappe überflüssig machen. Außerdem können die Herstellungskosten für die Drossel- und Stelleinrichtung verringert werden, da weniger stringente Anforderungen an die Spezifikationen für die Herstellungstoleranzen gestellt werden können.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Kalibrieren anhand eines aus dem Stellsignal und dem Voreinstellsignal ermittelten Korrekturterms. In einer einfach zu realisierenden Weiterbildung kann der Korrekturterm insbesondere anhand eines zum Voreinstellsignal hinzu zu addierenden und auf dem Stellsignal basierenden Offsets ermittelt werden.
Der Offset kann insbesondere definiert sein durch
  • den Wert des Stellsignals abzüglich eines positiven Grenzwertes, falls der Wert des Stellsignals größer als der Grenzwert ist,
  • durch den Wert des Stellsignals zuzüglich des Grenzwertes, falls der Wert des Stellsignals kleiner als das Negative des Grenzwertes ist, und
  • durch den Wert Null, falls der Betrag des Stellsignals kleiner als oder gleich dem Grenzwert ist.
Mittels des Grenzwertes kann ein Bereich festgelegt werden, in welchem das Stellsignal variieren kann, ohne daß eine Kalibrierung des Voreinstellsignals erfolgt. D. h. eine Kalibrierung erfolgt bei Vorhandensein eines solchen Grenzwertes nur dann, wenn die mit den Toleranzen und/oder Alterungserscheinungen einhergehenden Fehler ein nicht mehr akzeptables, durch den Grenzwert definiertes Maß übersteigen.
Der Korrekturterm kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere durch den Offset selbst gegeben sein. Falls der Korrekturterm durch den Offset selbst gegeben ist, erfolgt eine rasche Reaktion des Voreinstellsignals auf den Offset, d. h. es erfolgt eine rasche Kalibrierung. Wenn ein großer Offset vorliegt, kann es dabei jedoch zu einem großen Sprung im Voreinstellsignal kommen. Alternativ kann der Korrekturterm daher auch durch einen Bruchteil des Offsets gegeben sein, wobei das Kalibrieren dann in mehreren, der Anzahl der Bruchteile entsprechenden Kalibrierungsschritten erfolgt. So lassen sich große Sprünge im Voreinstellsignal vermieden.
Vor dem Kalibrieren des Voreinstellsignals kann eine Prüfung dahingehend erfolgen, ob sich der Regelkreis in einem stationären Betriebszustand befindet, wobei das Kalibrieren des Voreinstellsignals nur dann stattfindet, wenn ein stationärer Betriebszustand des Regelkreises festgestellt wird. Dadurch kann ein fehlerhaftes Kalibrieren in einem nicht-stationären Zustand vermieden werden. In einer Ausgestaltung kann der stationäre Betriebszustand festgestellt werden, wenn ausgesuchte Motorparameter, bspw. über eine vorbestimmte Zeitdauer nahezu konstant sind.
Das Ermitteln des Voreinstellsignals für die Drosselung kann anhand einer Abbildungsvorschrift erfolgen, welche einen Wert für das Voreinstellsignal in Abhängigkeit von Motorparametern des Verbrennungsmotors liefert. Ggf. können zum so ermittelten Voreinstellsignal noch Korrekturen für Umgebungs- und/oder Motorbedingungen hinzukommen. Im Stand der Technik erfolgt das Ermitteln des Voreinstellsignals in der Regel anhand einer solchen Abbildungsvorschrift. Das Kalibrieren des Voreinstellsignals kann daher in einer einfachen Weise dadurch realisiert werden, daß die Abbildungsvorschrift aktualisiert wird. Beim Kalibrieren kann entweder die gesamte Abbildungsvorschrift aktualisiert werden, d. h. es erfolgt ein Aktualisieren der Abbildungsvorschrift für alle Motorparameter, oder es kann lediglich ein Aktualisieren desjenigen Teils der Abbildungsvorschrift erfolgen, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor kann insbesondere als Teil eines Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters unter Erhöhung der Abgastemperatur im Abgassystem eines Verbrennungsmotors durch Drosseln der Frischluftzufuhr zur Anwendung kommen.
Ein erfindungemäßer Verbrennungsmotor umfaßt:
  • eine Drosseleinrichtung zum Drosseln der Frischluftzufuhr,
  • einen Regelkreis, der zur Ausgabe eines Stellsignals zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
  • eine Steuereinheit, die zur Ausgabe eines Voreinstellsignals zum Voreinstellen der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
  • einer Kombiniereinheit, die zum Erzeugen eines die Drosselung einstellenden Drosselsignal anhand einer Kombination des Voreinstellsignals mit dem Stellsignal ausgestaltet ist, und
  • eine Kalibriereinheit zum Kalibrieren des Voreinstellsignals, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Voreinstellen der der Frischluftzufuhrdrosselung ausgestaltet ist.
Er kann zudem insbesondere auch einen im Abgassystem angeordneten Partikelfilter und eine Regenerationseinrichtung zum Regenerieren des Partikelfilters unter Drosselung der Frischluftzufuhr umfassen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Fig. 1
zeigt die typische Struktur einer Steuerung/Regelung für die Drosselung der Frischluftzufuhr in einem Verbrennungsmotor.
Fig. 2
stellt das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Flußdiagramms dar.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zuerst anhand von Fig. 1 die typische Struktur einer Steuerung/Regelung für die Frischluftzufuhrdrossel 1, im Folgenden kurz Drossel genannt, in einem Verbrennungsmotor beschrieben. Mittels der Drossel 1 wird der Ansaugdruck im Ansaugkrümmer des Motors eingestellt.
Die Steuerung/Regelung umfaßt eine Steuerung, die ein Steuersignal oder Voreinstellsignal u_ff zur Beeinflussung der Drossel 1 ausgibt. Das Ermitteln des Voreinstellsignals u_ff erfolgt anhand einer kalibrierten Abbildungsvorschrift 3, die das Stellsignal u_ff in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. Der anhand der Abbildungsvorschrift 3 ermittelte Wert für das Voreinstellsignal u_ff kann mittels einer Korrektureinheit 5 in Abhängigkeit von weiteren Betriebszuständen 6 des Motors korrigiert werden.
Außerdem umfaßt die Steuerung/Regelung einen Regelkreis mit einem Regler 7, der ein Stellsignal u_fb zum Beeinflussen der Drossel 1 ausgibt. Der Regler 7 erzeugt das Stellsignal u_fb als Antwort auf die Abweichung map_error des im Ansaugkrümmer gemessenen tatsächlichen Drucks map von einem Sollwert map_ref. Der Sollwert map_ref für den Druck im Ansaugkrümmer wird anhand einer kalibrierten Abbildungsvorschrift 9 ermittelt, die den Sollwert map_ref in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. Mittels einer Sollwertkorrektureinheit 11 kann, um Umgebungszustände und weitere Motorbetriebszustände 12 zu berücksichtigen, der anhand der Abbildungsvorschrift 11 ermittelte Sollwert eine Korrektur erfahren, bevor die Abweichung map_error des tatsächlichen Drucks map im Ansaugkrümmer vom Sollwert map_ref bestimmt wird. Die Abweichung map_error wird schließlich in den Regler eingegeben, der auf der Basis der Abweichung map_error daß Stellsignal u_fb berechnet.
In der Steuerung/Regelung wird das Stellsignal u_fb zum Voreinstellsignal u_ff hinzuaddiert, um ein Drosselsignal u als Einstellsignal actuator_cmd für den Stellantrieb der Drossel 1 zu erhalten. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann das Drosselsignal u in einer optionalen Skaliereinheit 13 noch eine Skalierung erfahren, so daß das skalierte Drosselsignal das eigentliche Einstellsignal actuator_cmd für den Stellantrieb der Drossel 1 darstellt.
Im Stand der Technik dient die Steuerung dazu, ein rasches Einstellen der Drossel 1 im nicht-stationären Betrieb des Motors zu ermöglichen, während die Regelung im stationären Betrieb des Motors das Korrigieren von Fehlern übernimmt, die aufgrund von Alterungseffekten oder Fertigungstoleranzen auftreten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird nun das Stellsignal u_fb der Regelung herangezogen, um das Voreinstellsignal u_ff bspw. mittels eines Offsets ff_offset insbesondere wiederholt zu kalibrieren und so das Voreinstellsignal u_ff an veränderte Betriebsbedingungen des Motors, bspw. aufgrund von Alterungserscheinungen, anzupassen. Das derart angepasste bzw. aktualisierte Voreinstellsignal u_ff ermöglicht dann ein präziseres Einstellen der Drosselung.
Eine mögliche Vorgehensweise beim Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff wird nachfolgend mit Bezug auf das in Fig. 2 gezeigte Flußdiagramm beschrieben.
Nachdem der das Verfahren im Schritt 20 gestaltet worden ist, erfolgt zunächst in Schritt 22 eine Abfrage, ob eine Regelung der Drossel stattfindet. Falls dies verneint wird, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Wird die Abfrage nach der Regelung bejaht, so erfolgt im nächsten Schritt 24 eine Abfrage, ob das Kalibrieren des Voreinstellsignals zugelassen ist. Falls nicht, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Beide Bedingungen, d. h. Regelung der Drossel und Zugelassensein der Kalibrierung, müssen erfüllt sein, bevor das eigentliche Kalibrierungsverfahren in Schritt 26 beginnen kann. Falls keine Regelung der Drossel stattfindet, steht die notwendige Information zum Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff nicht zur Verfügung. Mittels der zweiten Bedingung kann ein Ausschalten der Kalibrierung, bspw. während der Aufwärmphase des Motors oder bei Betriebszuständen des Motors, in denen ein Kalibrieren nicht nötig ist, etwa während des Hochlastbetriebs des Motors, Berücksichtigung finden.
Zwar erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abfrage, ob eine Regelung der Drossel stattfindet, vor der Abfrage, ob das Kalibrieren des Voreinstellsignals zugelassen ist, jedoch ist diese Reihenfolge willkürlich gewählt kann und kann genauso gut umgedreht werden
Sind beide Bedingungen erfüllt, so erfolgt in Schritt 26 eine Abfrage dahingehend, ob sich die Regelung und/oder der Motor in einem stationären Zustand befinden. Ein stationärer Zustand des Motors läßt sich bspw. feststellen, indem Grenzwerte für die Ableitungen der Motordrehzahl und des Drehmoments festgesetzt werden, bei deren Erreichen oder Unterschreiten ein stationärer Zustand des Motors vorliegt.
Ein stationärer Zustand des Motors zeichnet sich streng genommen dadurch aus, daß die Motordrehzahl und das Drehmoment konstant sind, d. h. die Ableitungen der Motordrehzahl und des Drehmoments nach der Zeit den Wert Null besitzen. Daher sollten die festgesetzten Grenzwerte nahe bei Null liegen. Je näher die Grenzwerte bei Null liegen, desto exakter ist ein stationärer Zustand beim Unterschreiten der Grenzwerte erreicht. Die Grenzwerte sollten daher insbesondere in Abhängigkeit davon gewählt werden, wie exakt der stationäre Zustand erreicht sein muß, um ein sinnvolles Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff zu ermöglichen.
Ein stationärer Zustand der Regelung ist gegeben, wenn das Stellsignal u_fb einen stationären (konstanten) Wert erreicht hat, d. h. die Abweichung map_error des tatsächlichen Drucks map im Ansaugkrümmer vom Sollwert map_ref den Wert Null erreicht hat. Aus Gründen der Praktikabilität reicht es aus, wenn die Abweichung map_error einen Grenzwert nahe Null erreicht oder unterschritten hat. Der Grenzwert sollte in Abhängigkeit davon gewählt werden, wie exakt der stationäre Zustand der Regelung erreicht sein muß, um ein sinnvolles Kalibrieren des Voreinstellsignals u ff zu ermöglichen.
Wenn die beschrieben Werte und ggf. die Werte weiterer relevanter Signale über eine bestimmte Zeitdauer konstant sind, wird in Schritt 26 das Vorliegen des stationären Zustandes festgestellt. Die Zeitdauer, über die die Konstanz vorliegen muß, kann frei gewählt werden. Wenn sie jedoch zu lange gewählt wird, kann dies dazu führen, daß selten stationäre Zustände festgestellt werden, so daß das Kalibrieren nur selten erfolgen kann. In der Regel beträgt die Zeitdauer wenige Sekunden.
Wenn in Schritt 26 der stationäre Zustand nicht festgestellt wird, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Wird hingegen das Vorliegen eines stationären Zustandes festgestellt, so wird als nächstes in Schritt 28 der zum Voreinstellsignal u_ff hinzu zu addierende Offset ff_offset berechnet.
Das Berechnen des Offsets ff_ofsett geschieht wie folgt: Angenommen, das Voreinstellsignal besitze den Wert u_ff = x% und das Stellsignal den Wert u_fb = y%. Im idealen Fall, d. h. ohne Störungen oder veränderte Kenngrößen der Drossel, ist u_fb = 0, bei Vorliegen von Störungen oder veränderte Kenngrößen der Drossel hingegen nicht. Der Offset bei Vorliegen von Störungen oder veränderte Kenngrößen wird nun so ermittelt, daß im Wesentlichen u_fb = 0 hergestellt wird, d. h. das Voreinstellsignal den Wert u_ff = x% + y% annimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel muß nicht streng u_fb = 0 gelten. Stattdessen ist ein durch einen Wert α definierter Bereich zugelassen, in dem sich der Wert y% des Stellsignals u_fb bewegen darf, ohne daß ein Offset zum Voreinstellsignal hinzuaddiert wird. Der Wert des Offstes ff_offset berechnet sich dann folgendermaßen:
Figure 00110001
wobei α ein einstellbarer Wert ist, der typischerweise bei ca. 3% bis 5% liegt.
Im auf das Berechnen des Offsets folgenden Schritt 30 erfolgt das Berechnen eines Korrekturterms für die kalibrierte Abbildungsvorschrift 3 (Fig. 1), die das Stellsignal u_ff in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. In Schritt 32 wird die kalibrierte Abbildungsvorschrift 3 dann anhand des Korrekturterms aktualisiert bzw. korrigiert.
Der Korrekturterm kann bspw. der Gesamtwert des in Schritt 28 berechneten Offsets ff_offset sein. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Aktualisieren, d. h. das Korrigieren, der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 in Schritten erfolgen, die in ihrer Schrittweite nach oben begrenzt sind. Beträgt bspw. der Wert des Voreinstellsignals 50% in der Grundkalibrierung, obwohl er unter den aktuellen Betriebsbedingungen 65% betragen sollte, um den erwünschten Grad an Drosselung (wie er im Sollwert map_ref festgelegt ist) zu erzielen, so erfolgt in der einen Ausgestaltung das Aktualisieren der Abbildungsvorschrift von 50% auf 65% in einem einzigen Aktualisierungsschritt, wohingegen das Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 in der alternativen Ausgestaltung in mehreren kleinen Aktualisierungsschritten erfolgt, etwa in drei Schritten zu je 5% pro Schritt.
Das Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 kann die gesamte kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 betreffen, d. h. es erfolgt ein Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 für alle Motorparameter. Alternativ kann es jedoch auch lediglich ein Aktualisieren desjenigen Teils der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 erfolgen, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen.
Nach dem Aktualisieren der kalibrieren Abbildungsvorschrift ist das Kalibrieren des Voreinstellsignals beendet und das Verfahren kehrt in seinen Ausgangszustand zurück. Falls zum Feststellen des stationären Zustandes in Schritt 26 ein Timer Verwendung findet, wird dieser vor der Rückkehr in den Ausgangszustand zurückgesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in Form einer Hardwarelösung als auch in Form einer Softwarelösung realisiert werden. In einer Softwarelösung kann bspw. der folgende Algorithmus zur Anwendung kommen:
Figure 00130001

Claims (14)

  1. Verfahren zum Voreinstellen der der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, welcher mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestattet ist, wobei ein Stellsignal (u_fb) des Regelkreises mit einem Voreinstellsignal (u_ff) zu einem die Drosselung einstellenden Drosselsignal (u) kombiniert wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       ein Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) anhand des Stellsignals (u_fb) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals wiederholt erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Kalibrieren anhand eines aus dem Stellsignal (u_ff) und dem Voreinstellsignals (u_ff) ermittelten Korrekturterms erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Korrekturterm anhand eines zum Voreinstellsignal (u_ff) hinzu zu addierenden und auf dem Stellsignal (u_fb) basierenden Offsets (ff_offset) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Offset definiert ist durch
       den Wert des Stellsignals (u_fb) abzüglich eines positiven Grenzwertes (α), falls der Wert des Stellsignals (u_fb) größer als der Grenzwert (α) ist,
    durch den Wert des Stellsignals (u_fb) zuzüglich des Grenzwertes (a), falls der Wert des Stellsignals (u_fb) kleiner als das Negative des Grenzwertes (α) ist, und
    durch den Wert Null, falls der Betrag des Stellsignals (u_fb) kleiner als oder gleich dem Grenzwert (α) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Korrekturterm durch den Offset (ff_offset) gegeben ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       Korrekturterm durch einen Bruchteil des Offsets (ff_offset) gegeben ist und das das Kalibrieren in mehreren, der Anzahl der Bruchteile entsprechenden Kalibrierungsschritten erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       vor dem Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob sich der Regelkreis in einem stationären Betriebszustand befindet und das Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) nur dann erfolgt, wenn ein stationärer Betriebszustand des Regelkreises festgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Ermitteln des Voreinstellsignals (u_ff) anhand einer Abbildungsvorschrift erfolgt, welche einen Wert für das Voreinstellsignal (u_ff) in Abhängigkeit von Motorparametern des Verbrennungsmotors liefert, und daß zum Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) die Abbildungsvorschrift aktualisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       zum Kalibrieren ein Aktualisieren der Abbildungsvorschrift für alle Motorparameter erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8 und Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       zum Kalibrieren ein Aktualisieren desjenigen Teils der Abbildungsvorschrift erfolgt, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen.
  12. Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors unter Erhöhung der Abgastemperatur durch Drosseln der Frischluftzufuhr zum Verbrennungsmotor,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       ein Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche erfolgt
  13. Verbrennungsmotor mit
    einer Drosseleinrichtung zum Drosseln der Frischluftzufuhr,
    einem Regelkreis, der zur Ausgabe eines Stellsignals (u_fb) zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
    einer Steuereinheit, die zur Ausgabe eines Voreinstellsignals (u_ff) zum Voreinstellen der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist, und
    einer Kombiniereinheit, die zum Erzeugen eines die Drosselung einstellenden Drosselsignal (u) anhand einer Kombination des Voreinstellsignals (u_ff) mit dem Stellsignal (u_fb) ausgestaltet ist,
    gekennzeichnet durch eine Kalibriereinheit zum Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff), die zum Ausführen des Verfahrens zum Voreinstellen der der Frischluftzufuhrdrosselung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist.
  14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, der außerdem einen im Abgassystem angeordneten Partikelfilter und eine Regenerationseinrichtung zum Regenerieren des Partikelfilters nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12 aufweist.
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