WO2003033891A1 - Verfahren und vorrichtung sowie computerprogramm zur steuerung eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung sowie computerprogramm zur steuerung eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2003033891A1
WO2003033891A1 PCT/DE2002/002685 DE0202685W WO03033891A1 WO 2003033891 A1 WO2003033891 A1 WO 2003033891A1 DE 0202685 W DE0202685 W DE 0202685W WO 03033891 A1 WO03033891 A1 WO 03033891A1
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WO
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combustion
center
determined
internal combustion
ignition angle
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PCT/DE2002/002685
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Patrick Hochstrasser
Christina Sauer
Gholamabas Esteghlal
Juergen Schiemann
Georg Mallebrein
Eberhard Klein
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Priority to DE50209100T priority patent/DE50209100D1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1002—Output torque
    • F02D2200/1004—Estimation of the output torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/18—Control of the engine output torque

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus and a computer program for controlling an internal combustion engine.
  • engine speed, load (air mass, pressure, etc.) and possibly the exhaust gas composition are used.
  • a torque model is used for the internal combustion engine, which is used both for determining the manipulated variable and for determining the actual variable.
  • the key point of this model is that an optimum torque of the internal combustion engine and an optimal ignition angle are determined depending on the operating point, which are then corrected by means of efficiency values in accordance with the current setting of the internal combustion engine.
  • DE 195 45 221 AI (US Pat. No. 5,832,897) provides for the value for the optimum ignition angle to be corrected as a function of variables influencing the efficiency of the internal combustion engine, such as exhaust gas recirculation rate, engine temperature, intake air temperature, valve overlap angle, etc.
  • the known torque model shows unsatisfactory results in some operating states.
  • Such operating states are, in particular, states with high inert gas rates in the combustion chamber, ie states with a large proportion of inert gas (through external or internal exhaust gas recirculation), which are caused by overlap of intake and exhaust valve opening times and occur especially with small to medium fresh gas fillings.
  • the calculated base values mean that the known procedure does not achieve an exact torque calculation, since these effects are not taken into account sufficiently.
  • the crankshaft angle at which a certain part (e.g. half) of the combustion energy is converted within the framework of the model calculations, the accuracy of the engine torque calculated with the model at high inert gas rates and small fillings is improved, the applicability is simplified and the torque model is also applicable to engines lean combustion or engines with charge movement flap or engines with controllable intake and exhaust valves.
  • FIG. 1 to 4 show flow diagrams for a preferred embodiment of a torque model taking into account the focus of combustion.
  • FIG. 5 shows an overview of a motor control in which the sketched model is used.
  • FIGS. 1 to 4 show flow diagrams which represent a preferred exemplary embodiment for optimizing a torque model for an internal combustion engine.
  • the individual blocks represent programs, program parts or program sections of a microcomputer of an electronic - -! - -
  • crankshaft angle At which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle at which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle at which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle at which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle at which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle at which a certain crankshaft angle is referred to as the crankshaft angle
  • L0 th amount of combustion energy is implemented, preferably half of the combustion energy. It has been shown that the position of the center of combustion has a decisive influence on the conversion of the chemical combustion energy into indicated engine torque. Measurements show that there is
  • the coefficients of such a polynomial contain the characteristic information of the mixture in the combustion chamber with regard to gas mass, composition, temperature and charge movement. If, as described above, the center of combustion is introduced as an intermediate size, then
  • the second-order polynomial Since the model is used both for determining control variables from target variables and for determining actual variables from measured operating variables, the second-order polynomial has proven to be a suitable description of the relationship between the center of combustion and the ignition angle due to its simple invertibility. In other applications, however, higher-order polynomials or other mathematical functions are also used to describe the relationship in an approximate manner if these prove suitable in the respective environment (e.g. increased accuracy, etc.).
  • FIGS. 1 to 4 show an example of implementation of how this knowledge is implemented with regard to the focus of combustion.
  • FIG. 1 shows the determination of the indicated actual torque mnst_.
  • the optimum torque value is formed in a first map 200 as a function of engine speed nmot and load rl. This is corrected in a correction point 202 with the efficiency etar ⁇ , preferably corrected. This is dependent on the speed and the residual gas rate and is determined in the map 204.
  • the efficiency etarri describes the deviation in valve overlap from the standard value.
  • the efficiency value etarri is formed in the map 204 m as a function of signals that represent an inert gas rate through internal and external exhaust gas pressure feedback.
  • a signal m has proven suitable for the internal and external inert gas rate, which is calculated as a function of the position of the exhaust gas recirculation valve and the position of the inlet and outlet valves.
  • the inert gas rate describes the proportion of the inert gas in the total gas mass sucked in.
  • Another way of calculating the inert gas rate is based on the temperature of the recirculated exhaust gas flow, Lai ⁇ bda, the current air filling and the exhaust gas pressure.
  • the efficiency etarri is read from the map 204.
  • a signal wnw which represents the opening angle (based on the crankshaft or camshaft) of the intake valve, has proven to be suitable for taking the charge movement into account.
  • the position of a charge movement flap or a size is used, which represents the stroke and the phase of the opening of the inlet valves.
  • the optimal torque value corrected to this is then corrected (preferably multiplied) in a further correction stage 205 by the lambda efficiency etalam, which is determined in a characteristic curve 206 as a function of the measured lambda value.
  • the optimum torque value is then corrected (multiplied) in the correction stage 208 by the ignition efficiency, which is determined in a procedure described below (210) depending on the load rl engine speed nmot, inert gas rate rri and the set ignition angle. If the base ignition angle is used instead of the actual base angle, the indexed actual torque must not appear as the output variable of the correction stage 208, but the base torque mibas appears as above.
  • the determination of the ignition angle efficiency etazwist taking into account the center of combustion is in the 3 shows an example of the flow diagram of FIG.
  • the example shown there shows an approximation approach using a second-order polynomial.
  • the factors A, B and C of the polynomial are determined depending on the operating parameters such as load, engine speed and inert gas rate. This takes place within the framework of predetermined characteristic maps.
  • the set actual orbit angle m is multiplied by the parameter B in a multiplication stage 252.
  • the square of the actual orbit angle is multiplied
  • L0 is formed, which is then multiplied by the coefficient A in the multiplication stage 256.
  • the results of multiplication levels 252 and 256 are added together in 258.
  • the sum is added to the coefficient C 260.
  • the result is the angle of the center of combustion, which is determined by means of a
  • characteristic curve 262 is converted into the ignition efficiency etazwist.
  • the characteristic curve 262 is predefined and represents the generally valid characteristic curve of the ignition efficiency versus the angle of the center of combustion.
  • FIG. 2 shows a flow chart for determining the target charge value, which is then converted into a target value for the throttle valve position of the internal combustion engine, taking into account an intake manifold model. This is then generated as part of a position control.
  • the predetermined target torque value misoll is divided in the division stage 300 by the lambda efficiency etalam, which is determined in accordance with the procedure according to FIG. 1.
  • the setpoint torque value corrected in this way is divided in a further division stage 302 by the degree of effectiveness of the setpoint ignition angle.
  • This Target ignition efficiency is specified here, for example as a torque reserve during idling, as a torque reserve for catalytic converter heating, etc.
  • the target torque corrected in 302 is then converted into a setpoint map 304 in accordance with the engine speed nmot n in accordance with the engine speed setpoint rlsoll, which then serves to adjust the air supply to the internal combustion engine.
  • the determination of the target ignition angle to be set is shown in FIG. 4.
  • the center of combustion is again used as the intermediate variable, the approximation being derived using the polynomial approach already known from FIG. 3.
  • the calculation of the target ignition angle is carried out at a given target ignition efficiency, engine speed and given fresh gas and residual gas filling, wherein a reversal of the polynomial function is used. Furthermore, a characteristic curve is used which represents the angle of the center of combustion over the ignition efficiency.
  • the predetermined target ignition efficiency is therefore implemented in the characteristic curve 350 m, a target angle for the center of combustion wvbsoll.
  • the coefficients C, B and A of the polynomial function are determined in 352 as a function of operating parameters such as load, speed and inert gas rate r ⁇ , in accordance with characteristic maps, characteristic curves or tables.
  • the coefficient C is linked to the linkage point 354 with the target value of the center of combustion.
  • the setpoint of the center of combustion is preferably subtracted from the coefficient.
  • the result of this combination is then divided by the coefficient A in the division stage 356.
  • the latter is multiplied by a factor of -2 in a multiplication stage 358.
  • the coefficient B is divided by the coefficient A multiplied by the value -2.
  • the result is then divided by the Multiplication stage 362 squared and the link 364 supplied.
  • the squared expression is linked to the result of the division level 356, in particular the latter value is subtracted from the former.
  • the root is drawn from the result and this is fed to a further junction 368. There the root is subtracted from the result of the division point 360 and the desired ignition curve to be set is thus formed.
  • the maps and characteristic curves used to calculate the model are determined within the scope of the application for each engine type using the software tool mentioned above.
  • FIG. 5 shows a control unit 400 which comprises an input circuit 402, an output circuit 404 and a microcomputer 406. These components are connected to a bus system 408, the operating variables to be evaluated for engine control, which are recorded by measuring devices 418, 420 to 424, are fed in via input lines 410 and 412 to 416. The company sizes required for the model range are shown above. The recorded and, if necessary, processed operating size signals are then read in by the microcomputer via the bus system 408. In the microcomputer 406 itself, there in its memory, the commands are stored as a computer program which are used for model calculation. This is symbolized in FIG.
  • the model results which may also be shown in other, not shown th programs are then processed by the microcomputer via the bus system 408 to the output circuit 404, which then outputs the control signal as manipulated variables, for example for setting the ignition angle and the air supply, and for measuring variables such as the actual torque miist.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei im Rahmen der Berechnung von Istgrössen und/oder Stellgrössen ein Momentenmodell Verwendung findet. Dabei wird im Rahmen der Momentenmodellberechnung der Verbrennungsschwerpunkt berücksichtigt, welcher den Winkel darstellt, bei dem ein gewisser Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist.

Description

.0 Verfahren und Vorrichtung sowie Computerprogramm zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
Stand der Technik
.5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines Verbrennungsmotors .
Aus der DE 42 39 711 AI (US-Patent 5,558,178) ist zur Steue- !0 rung eines Verbrennungsmotors bekannt, einen Sollwert für ein Drehmoment des Verbrennungsmotors in eine Stellgroße zur Beeinflussung der Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor, zum Einstellen des Zundwinkels und/oder zum Ausblenden bzw. Zuschalten der Kraftstoffzufuhr zu einzelnen Zylindern des !5 Verbrennungsmotors umzusetzen. Darüber hinaus ist aus der O-A 95/24550 (US-Patent 5,692,471) zusatzlich die Beeinflussung des Kraftstoff-/Luftverhaltnisses zur Realisierung des vorgegebenen Drehmomentenwertes bekannt. Ferner wird bei den bekannten Losungen das Istmoment des Verbrennungsmotors 0 unter Berücksichtigung der aktuellen Motoreinstellung (Füllung, Kraftstoffzumessung und Zundwmkel) berechnet. Dabei werden u.a. Motordrehzahl, Last (Luftmasse, Druck, etc.) und ggf. die Abgaszusammensetzung herangezogen. Im Rahmen dieser Berechnungen wird ein Momentenmodell für den Verbrennungsmotor verwendet, welches sowohl zur Bestimmung der Stellgroßen als auch zur Bestimmung der Istgroßen eingesetzt wird. Kernpunkt dieses Modells ist, daß be- triebspunktabhangig ein optimales Drehmoment des Verbrennungsmotors und ein optimaler Zundwinkel bestimmt wird, die dann mittels Wirkungsgradwerten entsprechend der aktuellen Einstellung des Verbrennungsmotors korrigiert werden.
Zur Optimierung dieses Modells ist aus der DE 195 45 221 AI (US-Patent 5,832,897) vorgesehen, den Wert für den optimalen Zündwinkel abhangig von den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine beeinflussenden Großen wie Abgasruckfuhrrate, Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, Ventiluberschneidungswin- kel, etc. zu korrigieren.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß diese bekannte Lösung noch optimiert werden kann, insbesondere hinsichtlich der Einfachheit der Applikation, der Optimierung der Rechenzeit und/oder der Berücksichtigung der Arbeitspunkt bhängig- keit der Korrektur des optimalen Zündwinkels, insbesondere der Abhängigkeit von der Inertgasrate. Insbesondere zeigt das bekannte Momentenmodell in einigen' Betriebszuständen nicht zufriedenstellende Ergebnisse. Derartige Betriebszu- stände sind insbesondere Zustände mit hohen Inertgasraten im Brennraum, d.h. Zustände mit einem großen Anteil von Inertgas (durch externe oder innere Abgasrückführung) , die durch Überschneidung von Ein- und Auslaßventilöffnungszeiten hervorgerufen werden und vor allem bei kleinen bis mittleren Frischgasfüllungen auftreten. Außerdem sind es Betriebszu- stände mit hoher Ladungsbewegung. Die berechneten Basisgrößen führen dazu, daß mit der bekannten Vorgehensweise eine genaue Momentberechnung nicht erreicht wird, da diese Effekte nicht ausreichend berücksichtigt sind. Vorteile der Erfindung
Durch die Berücksichtigung der Lage des Verbrennungsschwerpunktes, d.h. des Kurbelwellenwinkels, an dem ein bestimmter Teil (z.B. die Hälfte) der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, im Rahmen der Modellberechnungen wird die Genauigkeit des mit dem Modell berechneten Motormoments bei hohen Inertgasraten und kleinen Füllungen verbessert, die Applizierbar- keit vereinfacht und das Momentenmodell auf Motoren mit magerer Verbrennung oder Motoren mit Ladungsbewegungsklappe oder Motoren mit steuerbaren Ein- und Auslaßventilen angepaßt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen bzw. aus den abhangigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsformen naher erläutert. In den Figuren 1 bis 4 sind Ablaufdiagramme für eine bevorzugte Ausfuhrung eines Momentenmodells mit Berücksichtigung des Verbrennungsschwerpunkts dargestellt. Figur 5 zeigt ein Uber- s chtbild einer Motorsteuerung, bei der das skizzierte Modell Anwendung findet.
Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen
In den Figuren 1 bis 4 sind Ablaufdiagramme dargestellt, welche ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel zur Optimierung eines Momentenmodells für einen Verbrennungsmotor darstellen. Die einzelnen Blocke stellen dabei Programme, Programm- teile oder Programmschπtte eines Mikrocomputers einer elek- - --!- -
tronischen Motorsteuereinheit dar, wahrend die Pfeile den Informationsfluß repräsentieren.
Dieses Modell ist insbesondere auf Systeme mit variabler 5 Ventilsteuerung zugeschnitten, bei denen hohe Inertgasraten, insbesondere interne Inertgasraten, bei nennenswerter Ven- tiluberschneidung vorkommen können. Wesentlich bei diesem Momentenmodell ist der Verbrennungsschwerpunkt, welcher als der Kurbelwellenwinkel bezeichnet wird, an dem eine bestimm-
L0 te Menge der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, vorzugsweise die Hälfte der Verbrennungsenergie. Es hat sich gezeigt, daß die Lage des Verbrennungsschwerpunktes einen entscheidenden Einfluß auf die Umsetzung der chemischen Verbrennungsenergie in indiziertes Motormoment hat. Messungen zeigen, daß es ei-
L5 nen allgemeinen Zusammenhang zwischen Verbrennungsschwerpunkt und indiziertem Moment gibt, der im Wesentlichen unabhängig ist von Motordrehzahl, Motorlast und Restgasgehalt. Dabei hat sich ergeben, daß eine vollständige Information über den Verlauf der Momentencharakteristik in einer Kennli-
!0 nie des Verbrennungsschwerpunktes über dem Zundwinkel enthalten ist. Diese Kennlinien lassen sich mit einer mathematischen Naherungsfunktion beschreiben, die nur wenige Parameter enthalt, beispielsweise mit einem Polynom zweiter Ordnung: 5 vbs = a*zw2 + b*zw + c
(vbs Verbrennungsschwerpunkt [°KW], zw Zundwinkel [°KW], a, b, c Kooeffizienten)
0 Die Koeffizienten eines solchen Polynoms enthalten dabei die charakteristische Information des im Brennraum sich befindlichen Gemisches hinsichtlich Gasmasse, Zusammensetzung, Temperatur und Ladungsbewegung. Wird, wie oben beschrieben, der Verbrennungsschwerpunkt als Zwischengroße eingeführt, so
5 ergeben sich für den Zundwinkelwirkungsgrad zwei Abhangig- keiten: zum einen für alle Lasten, Drehzahlen und Restgasraten eine feste Beziehung zum Verbrennungsschwerpunkt und zum anderen eine betriebspunktabhangige Beziehung des Verbrennungsschwerpunktes m Abhängigkeit des Zundwmkels. Es laßt sich also durch Einfuhrung des Verbrennungsschwerpunktes als Zwischengroße der Zusammenhang des Zundwmkelwirkungsgrades über dem Zundwinkel ermitteln.
Da das Modell sowohl für die Bestimmung von Steuergroßen aus Sollgroßen als auch zur Bestimmung von Istgroßen aus gemessenen Betriebsgroßen eingesetzt wird, hat sich das Polynom zweiter Ordnung wegen seiner einfachen Invertierbarkeit als eine geeignete Beschreibung der Beziehung zwischen Verbrennungsschwerpunkt und Zundwinkel herausgestellt. In anderen Anwendung werden jedoch auch Polynome höherer Ordnung oder andere mathematische Funktionen zur naherungsweisen Beschreibung der Beziehung herangezogen, wenn diese sich im jeweiligen Umfeld als geeignet erweisen (z.B. erhöhte Genauigkeit, etc . ) .
Die Ablaufdiagramme der Figuren 1 bis 4 zeigen ein Realisie- rungsbeispiel, wie diese Erkenntnis hinsichtlich des Verbrennungsschwerpunktes umgesetzt wird.
Figur 1 zeigt dabei die Bestimmung des indizierten Istmomentes mnst_ In einem ersten Kennfeld 200 wird abhangig von Motordrehzahl nmot und Last rl der optimale Momentenwert gebildet. Dieser wird in einer Korrekturstelle 202 mit dem Wirkungsgrad etarπ korrigiert, vorzugsweise korrigiert. Dieser ist drehzahl- und restgasratenabhangig und wird im Kennfeld 204 ermittelt. Der Wirkungsgrad etarri beschreibt die Abweichung bezüglich der Ventiluberschneidung vom Norm- wert. Der Wirkungsgradwert etarri wird im Kennfeld 204 m Abhängigkeit von Signalen gebildet, die eine Inertgasrate durch interne und externe Abgasruckfubrung repräsentieren. Als geeignet hat sich ein Signal m für die interne und externe Inert-gasrate erwiesen, welches in Abhängigkeit der Stellung des Abgasruckfuhrventils und der Ein- und Auslaß- ventilstellung berechnet wird. Die Inertgasrate beschreibt dabei den Anteil des Inertgases an der gesamten angesaugten Gasmasse. Eine andere Art der Berechnung der Inertgasrate beruht auf der Temperatur des ruckgefuhrten Abgasstromes, Laiαbda, der aktuellen Luftfullung und dem Abgasdruck. In Abhängigkeit dieses Signals rπ und der Motordrehzahl nmot wird der Wirkungsgrad etarri aus dem Kennfeld 204 ausgelesen. Zur Berücksichtigung der Ladungsbewegung hat sich ein Signal wnw als geeignet erwiesen, welches den Offnungswmkel (bezogen auf Kurbelwelle oder Nockenwelle) des Einlaßventils repräsentiert. In anderen Ausfuhrungsbeispielen wird die Stellung einer Ladungsbewegungsklappe oder eine Große herangezogen, die den Hub und die Phase der Öffnung der Einlaßventile repräsentiert.
Der auf diese korrigierte optimale Momentenwert wird dann m einer weiteren Korrekturstufe 205 mit dem Lambdawirkungsgrad etalam korrigiert (vorzugsweise multipliziert) , der in einer Kennlinie 206 abhangig von dem gemessenen Lambdawert ermittelt wird. Der optimale Momentenwert wird dann in der Korrekturstufe 208 mit dem Zundwmkelwirkungsgrad etazwist kor- rigiert (multipliziert) , welcher m einer nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise (210) m Abhängigkeit von Last rl Motordrehzahl nmot, Inertgasrate rri und dem eingestelltem Zundwinkel zwist ermittelt wird. Wird anstelle des Ist- zundwmkels der Basiszundwmkel eingesetzt, so wird als Aus- gangsgroße der Korrekturstufe 208 nicht das indizierte Istmoment must, sondern wie oben das Basismoment mibas erscheinen.
Die Bestimmung des Zundwinkelwirkungsgrades etazwist unter Berücksichtigung des Verbrennungsschwerpunktes ist im Ab- laufdiagramm der Figur 3 an einem Beispiel dargestellt. Das dort gezeigte Beispiel zeigt einen Naherungsansatz über ein Polynom zweiter Ordnung. Zunächst werden m 250 in Abhängigkeit von Betriebsgroßen wie Last, Motordrehzahl und Inert- 5 gasrate die Faktoren A, B und C des Polynoms bestimmt. Dies erfolgt im Rahmen von vorgegebenen Kennfeldern. Daraufhin wird der eingestellte Istzundwmkel m einer Multiplikati- onsstufe 252 mit dem Parameter B multipliziert In einer Multiplikationsstufe 254 wird das Quadrat des Istzundwmkels
L0 gebildet, welches dann in der Multiplikationsstufe 256 mit dem Koeffizienten A multipliziert wird. Die Ergebnisse der Multiplikationsstufen 252 und 256 werden in 258 addiert. Die Summe w rd 260 zum Koeffizienten C addiert. Ergebnis ist der Winkel des Verbrennungsschwerpunktes, der mittels einer
.5 Kennlinie 262 in den Zundwmkelwirkungsgrad etazwist umgewandelt wird. Die Kennlinie 262 ist dabei vorgegeben und stellt die allgemein gültige Kennlinie des Zundw kelwir- kungsgrades über dem Winkel des Verbrennungsschwerpunktes dar.
'0
Das gezeigte Momentenmodell eignet sich nicht nur zur Bestimmung von Istgroßen aus Betriebsgroßen, sondern auch umgekehrt zur Bestimmung von Stellgroßen aus Sollgroßen. Diese Vorgehensweise ist anhand der Ablaufdiagramme der Figuren 2 5 und 4 dargestellt. Figur 2 zeigt dabei em Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Sollfullungswertes, der dann unter Berücksichtigung eines Saugrohrmodells in einen Sollwert für die Drosselklappenstellung der Brennkraftmaschine umgesetzt wird. Dieser wird dann im Rahmen einer Lageregelung emge- 0 stellt. Der vorgegebene Sollmomentenwert misoll wird in der Divisionsstufe 300 durch den Lambdawirkungsgrad etalam, der entsprechend der Vorgehensweise nach Figur 1 bestimmt wird, dividiert. Der auf diese Weise korrigierte Sollmomentenwert wird m einer weiteren Divisionsstufe 302 durch den Wir- 5 kungsgrad des Sollzundw kels etazwsoll dividiert. Dieser Sollzundwmkelwirkungsgrad wird dabei vorgegeben, beispielsweise als Momentenreserve im Leerlauf, als Momentenreserve zum Katalysatorheizen, etc. Das in 302 korrigierte Sollmoment wird dann m einem Kennfeld 304 nach Maßgabe der Motordrehzahl nmot n den Fullungssollwert rlsoll umgerechnet, der dann zur Einstellung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine dient.
Die Bestimmung des einzustellenden Sollzundw kels ist Figur 4 dargestellt. Dabei wird als Zwischengroße wieder der Verbrennungsschwerpunkt verwendet, wobei die Annäherung mittels des bereits aus Figur 3 bekannten Polynomansatzes abgeleitet ist. Die Berechnung des Sollzundwmkels wird bei gegebenem Sollzundwmkelwirkungsgrad, Motordrehzahl und gegebener Frischgas- und Restgasfullung durchgeführt, wobei eine ümkehrung der Polynomfunktion verwendet wird. Ferner wird eine Kennlinie verwendet, die den Winkel des Verbrennungsschwerpunktes über dem Zundw kelwirkungsgrad darstellt.
Der vorgegebene Sollzundwmkelwirkungsgrad wird also in der Kennlinie 350 m einen Sollwinkel für den Verbrennungsschwerpunkt wvbsoll umgesetzt. Entsprechend der Darstellung Figur 3 werden in 352 in Abhängigkeit von Betriebsgroßen wie Last, Drehzahl und Inertgasrate rπ, die Koeffizienten C, B und A der Polynomfunktion nach Maßgabe von Kennfeldern, Kennlinien oder Tabellen ermittelt. Der Koeffizient C wird der Verknupfungsstelle 354 mit dem Sollwert des Verbrennungsschwerpunktes verkn pft. Vorzugsweise wird der Sollwert des Verbrennungsschwerpunktes vom Koeffizienten abgezogen. In der Divisionsstufe 356 wird dann das Ergebnis dieser Verknüpfung durch den Koeffizienten A dividiert. Letzterer w rd in einer Multiplikationsstufe 358 mit dem Faktor -2 multipliziert. In der darauf folgenden Divisionsstufe 360 wird der Koeffizient B durch den mit dem Wert -2 multiplizierten Koeffizienten A dividiert Das Ergebnis wird dann durch die Multiplikationsstufe 362 quadriert und der Verknupfungsstel- le 364 zugeführt. Dort wird der quadrierte Ausdruck mit dem Ergebnis der Divisionsstufe 356 verknüpft, insbesondere wird letzterer Wert von ersterem abgezogen. In 366 wird die Wurzel aus dem Ergebnis gezogen und diese einer weiteren Verknüpfungsstelle 368 zugeführt. Dort wird die Wurzel von dem Ergebnis der Divisionsstelle 360 abgezogen und auf diese Weise den einzustellenden Sollzundwmkel zwsoll gebildet.
Bei der Bestimmung der Koeffizienten A bis C werden außer den genannten Betriebsgroßen auch weitere Betriebsgroßen, insbesondere die Ventiluberschneidungswmkel bzw. die Off- nungsw kel der Einlaßventile oder die Stellung einer La- dungsbewegungsklappe oder Hub und Phase des Einlaßventils mit einbezogen.
Die zur Berechnung des Modells verwendeten Kennfelder und Kennlinien werden im Rahmen der Applikation für jeden Motor- typ gg • unter Verwendung des oben erwähnten Softwaretool, bestimmt.
Figur 5 zeigt eine Steuereinheit 400, welche eine Eingangsschaltung 402, eine Ausgangsschaltung 404 und einen Mokro- computer 406 umfasst. Diese Komponenten sind mit einem Bussystem 408 verbunden, über Emgangsleitungen 410 und 412 bis 416 werden die zur Motorsteuerung auszuwertenden Betriebsgroßen, die von Messeinrichtungen 418, 420 bis 424 erfasst werden zugeführt. Die zur Modellbereichnung notwendigen Betriebsgroßen sind dabei oben dargestellt. Die erfassten und ggf aufbereiteten Betriebsgroßensignalen werden dann über das Bussystem 408 vom Mikrocomputer eingelesen. Im Mikrocomputer 406 selbst, dort in seinem Speicher sind die Befehle als Computerprogramm abgelegt, die zu Modellberechnung verwendet werden. Dies ist in Figur 5 mit 426 symbolisiert, die Modellergebnisse, die ggf noch in anderen, nicht dargstell- ten Programmen weiterverarbeitet werden, werden dann vom Mikrocomputer über das Bussystem 408 der Ausgangsschaltung 404 zugeführt, welche dann Ansteuersignal als Stellgrößen z.B. zur Einstellung des Zundwinkels und der Luftzufuhr sowie Messgroßen wie z.B. das Istmoment miist ausgibt.

Claims

Ansprüche
0 1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei ein Momentenmodell des Verbrennungsmotors eingesetzt wird, mit dessen Hilfe wenigstens eine Istgroße berechnet wird und/oder wenigstens eine Stellgroße aus einer Vorgabegroße abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur
.5 Berechnung der Istgroße und/oder der Stellgroße ein Zusammenhang verwendet wird, welcher eine Abhängigkeit eines Verbrennungsschwerpunkts, welcher dem Kurbelwellenwinkel entspricht, an dem ein vorgegebener Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, von Zundwinkel dar-
»0 stellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Istgroße nach Maßgabe eines Zusammenhanges zwischen dem Zundwinkelwirkungsgrad und dem Verbrennungsschwer-
>5 punkt ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsschwerpunkt nach Maßgabe einer vorgegebenen Funktion abhangig von der
SO Zundwinkeleinstellung und Betriebsgroßen wie Last, Motordrehzahl und Inertgasrate ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Stellgroße
.5 in Abhängigkeit eines aus einem Sollzundwinkelwirkungs- grad ermittelten Sollverbrεnnungsschwerpunktes und Betriebsgroßen wie Last, Drehzahl und Inertgasrate bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes em Polynom zweiter Ordnung eingesetzt wird, welches die Abhängigkeit des Verbrennungsschwerpunktes vom Zundwinkel beschreibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes em Polynom höherer Ordnung oder em anderer geeigneter mathematischer Zusammenhang eingesetzt wird, welches die Abhängigkeit des Verbrennungsschwer- punktes vom Zundwinkel beschreibt.
7. Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, mit einer Steuereinheit, m welcher em Momentenmodell abgelegt ist, mit dessen Hilfe wenigstens eine Istgroße des Verbrennungsmotors ermittelt wird und/oder wenigstens eine Stellgroße ermittelt wird m Abhängigkeit eines Vorgabewertes, dadurch gekennzeichnet, daß die Istgroße und/oder die Stellgroße im Rahmen des Momentenmodells unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs ermittelt wird, der die Abhängigkeit des VerbrennungsSchwerpunkts, der dem Kurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors entspricht, bei dem em vorgegebener Anteil der Verbrennungsenergie umgesetzt ist, von Zundwinkel beschreibt.
8. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle der Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 durchzufuhren, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Programitiprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
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