WO2009037070A1 - Verfahren zur regelung der verbrennungslage bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Alois Danninger
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    • F02D2041/281—Interface circuits between sensors and control unit

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the combustion position in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, in particular a diesel internal combustion engine, wherein at least one engine operating parameter is detected.
  • DE 10 2006 001 374 A1 describes a device and a method for controlling and / or regulating an internal combustion engine, in particular a direct-injection internal combustion engine.
  • a control regulates a combustion position variable characterizing the combustion position to a desired value.
  • a control and / or a regulation influences a moment variable characterizing the moment of the internal combustion engine and / or a noise quantity characterizing the noise of the internal combustion engine by means of a control variable.
  • the structure of the control of the combustion position but not the calculation of the necessary input signals for the control is described.
  • AT 503.061 A1 discloses a method for controlling combustion, in particular in diesel internal combustion engines, wherein the pressure is measured in at least one cylinder.
  • the cylinder pressure and the combustion position is calculated according to the firing order only in every second cylinder, and that the combustion position of the following cycle in this cylinder due to the determined cylinder pressure, or Combustion is controlled so that the actual cylinder pressure, or the actual combustion position is adjusted to a target value for the cylinder pressure, or the combustion position.
  • the cylinder pressure or the combustion position is determined from the measured cylinder pressures, in particular from an average value of the measured cylinder pressures in the cylinders adjacent to one another in the ignition sequence.
  • a method for regulating the characteristic values of the combustion in an internal combustion engine wherein a fast control path, which can act and measure with each injection, takes into account a slow control path, which requires a much longer time in a time grid than the fast control path, and the magnitude of the deviation between the actual values and the set values of the slow control path Effects on combustion parameters and / or changes of at least one characteristic of the fast control path can be calculated.
  • the object of the invention is to allow the simplest possible and cost-effective way a precise combustion position control.
  • this is achieved by providing an arithmetic or characteristic-based cylinder-selective combustion position model, which establishes a relationship between at least one determined engine operating parameter and the combustion position, and determining the combustion position for each cylinder on the basis of the determined engine operating parameter by means of the combustion position model.
  • a preferably cylinder-selective combustion control signal particularly preferably selected from the group injection timing, distances to pre and post injections, injection quantity, injection pressure, injection duration or the like is used as the engine operating parameter.
  • a sensor signal of the engine sensors preferably selected from the group speed, intake air mass, boost pressure, charging temperature, coolant temperature, fuel pressure, lambda probe value is used as engine operating parameters.
  • the cylinder-selective combustion layer model calculates a cylinder-selective "virtual" sensor value of the combustion position for each cylinder. This is used to control the combustion position.
  • the combustion layer model is based on a calculation based on signals available in the engine control. On the one hand, these are sensor signals from the standard engine sensor system, such as, for example, speed, intake air mass, charge pressure, charge temperature, coolant temperature, fuel pressure, ⁇ probe value, or the like. On the other hand, control signals are used which influence the combustion, such as injection timing, time intervals between the main injection and the pre-injection or Nacheinspritzereignisse, injection quantity, injection pressure or the like.
  • the cycle gauge pressure is measured and from the cylinder pressure signal, a reference combustion position is determined, and that due to the difference between the determined from the cylinder pressure of the reference cylinder reference combustion position of the reference cylinder and the modeled combustion position of the combustion position model of the reference cylinder, a model error is calculated, and that the combustion position model by the preferably filtered model error is corrected.
  • the actual combustion layer 6 is determined via a cylinder pressure sensor and fed to the combustion position controller 1 as an actual value.
  • a cylinder pressure sensor is required for each cylinder. If mean values of signals from adjacent cylinders are used, the number of required cylinder pressure sensors can indeed be reduced, but this is done at the expense of the control quality.
  • Fig. 2 shows a combustion position control according to the invention.
  • the combustion position controller 11 performs an engagement 13 in the combustion position at a particular cylinder x due to a desired combustion position 12, whereby combustion 14 takes place in the cylinder x.
  • a combustion position model 15 for one or more cylinders x is now included in the combustion position control.
  • the combustion layer model 15 receives as input variables various engine operating parameters, on the one hand sensor signals 16 from the standard sensor of the engine control and on the other hand control signals 17 from the engagement 13 in the combustion position, such as injection timing, injection quantity, intervals between pilot, main and post injection, injection pressure, injection duration or the like , On the basis of the signals 16, 17, the combustion layer model 15 determines a cylinder-specific fictitious combustion position 18.
  • the fictitious combustion position can be supplied as information about the real combustion position of the combustion position control 11 as an actual value.
  • the combustion position is determined by means of a cylinder pressure sensor in a reference cylinder.
  • the reference combustion position is designated by reference numeral 19 in FIG.
  • the reference combustion layer 19 is compared with a fictitious model-based combustion layer 20 determined by the combustion layer model.
  • the fictitious combustion position 18 from the combustion position model 15 is correspondingly corrected on the basis of the detected model error 21, wherein the signal of the model error 21 is still due to a low-pass filter 22 is performed so that only the average model error 21 is corrected.
  • the necessary number of cylinder pressure sensors can be significantly reduced without sacrificing the control quality, whereby a significant cost savings can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verbrennungslage bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei zumindest ein Motorbetriebsparameter erfasst wird. Um eine genaue Verbrennungslagenregelung mit geringem Aufwand zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein arithmetisches oder kennlinienbasiertes zylinderselektives Verbrennungslagenmodell (15) bereitgestellt wird, welches eine Beziehung zwischen zumindest einem ermittelten Motorbetriebsparameter und der Verbrennungslage herstellt, und dass mittels des Verbrennungslagenmodells (15) für jeden Zylinder (x) die Verbrennungslage auf der Basis des ermittelten Motorbetriebsparameters ermittelt wird.

Description

Verfahren zur Regelung der Verbrennungslage bei einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verbrennungslage bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei zumindest ein Motorbetriebsparameter erfasst wird.
Aus der EP 0 203 617 A2 ist ein System zur Regelung des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur Erkennung von Klopferscheinungen in zumindest einem Zylinder eine Zylinderdruckmessung durchgeführt wird und aufgrund des gemessenen Zylinderdruckes eine Verbrennungslage in einem geschlossenen Regelkreis geregelt wird.
Die DE 10 2006 001 374 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Eine Regelung regelt eine die Verbrennungslage charakterisierende Verbrennungslagengröße auf einen Sollwert ein. Eine Steuerung und/oder eine Regelung beeinflusst eine das Moment der Brennkraftmaschine charakterisierende Momentengröße und/oder eine das Geräusch der Brennkraftmaschine charakterisierende Geräuschgröße mittels einer Steuergröße. In dieser Veröffentlichung wird somit der Aufbau der Regelung der Verbrennungslage, nicht aber die Berechnung der notwendigen Eingangssignale für die Regelung beschrieben.
Weiters offenbart die AT 503.061 Al ein Verfahren zur Verbrennungsregelung, insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen, wobei in zumindest einem Zylinder der Druck gemessen wird. Um mit möglichst geringem Aufwand eine genaue Verbrennungsregelung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass entsprechend der Zündfolge nur in jedem zweiten Zylinder der Zylinderdruck und daraus die Verbrennungslage berechnet wird, und dass die Verbrennungslage des folgenden Zyklus in diesem Zylinder aufgrund des ermittelten Zylinderdruckes, bzw. der Verbrennungslage so geregelt wird, dass der tatsächliche Zylinderdruck, bzw. die tatsächliche Verbrennungslage einem Sollwert für den Zylinderdruck, bzw. die Verbrennungslage angeglichen wird. In Zylindern, in welchen der Zylinderdruck nicht gemessen wird, wird der Zylinderdruck, bzw. die Verbrennungslage aus den gemessenen Zylinderdrücken, insbesondere aus einem Mittelwert der gemessenen Zylinderdrücke in den in der Zündfolge benachbarten Zylindern ermittelt.
Ferner ist aus der AT 502.440 A2 ein Verfahren zum Regeln der Kennwerte der Verbrennung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein schneller Regel- pfad, der bei jeder Einspritzung agieren und messen kann, einen langsamen Regelpfad, der in einem Zeitraster eine wesentlich größere Zeit als der schnelle Regelpfad benötigt, im Stellverhalten berücksichtigt und wobei aus der Größe der Abweichung zwischen den Istwerten und den Sollwerten des langsamen Regelpfades direkt die Auswirkungen auf Kennwerte der Verbrennung und/oder Änderungen zumindest eines Kennwertes des schnellen Regelpfades berechnet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache und kostengünstige Weise eine genaue Verbrennungslagenregelung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein arithmetisches oder kennlinienbasiertes zylinderselektives Verbrennungslagenmodell bereitgestellt wird, welches eine Beziehung zwischen zumindest einem ermittelten Motorbetriebsparameter und der Verbrennungslage herstellt, und dass mittels des Verbrennungslagenmodells für jeden Zylinder die Verbrennungslage auf der Basis des ermittelten Motorbetriebsparameters ermittelt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als Motorbetriebsparameter ein vorzugsweise zylinderselektives Verbrennungssteuersignal, besonders vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Einspritzzeitpunkt, Abstände zu Vor- und Nacheinspritzungen, Einspritzmenge, Einspritzdruck, Einspritzdauer oder dergleichen verwendet wird. Alternativ dazu oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass als Motorbetriebsparameter ein Sensorsignal der Motorsensorik, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Drehzahl, angesaugte Luftmasse, Ladedruck, Ladetemperatur, Kühlmitteltemperatur, Kraftstoff druck, λ-Sondenwert verwendet wird.
Das zylinderselektive Verbrennungslagenmodell berechnet einen zylinderselektiven "virtuellen" Sensorwert der Verbrennungslage für jeden Zylinder. Dieser wird zur Regelung der Verbrennungslage verwendet. Dem Verbrennungslagenmodell liegt eine Berechnung zu Grunde, die auf in der Motorsteuerung verfügbaren Signalen basiert. Diese sind einerseits Sensorsignale aus der Standardmotorsenso- rik, wie zum Beispiel Drehzahl, angesaugte Luftmasse, Ladedruck, Ladetemperatur, Kühlmitteltemperatur, Kraftstoffdruck, λ-Sondenwert, oder dergleichen. Andererseits werden Steuersignale verwendet die die Verbrennung beeinflussen, wie beispielsweise Einspritzzeitpunkt, zeitliche Abstände zwischen der Haupteinspritzung und den Vor- oder Nacheinspritzereignissen, Einspritzmenge, Einspritzdruck oder dergleichen.
Um eine möglichst realitätsgetreue Bestimmung der Verbrennungslagen mittels des Verbrennungsmodells zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn in zumindest einem Referenzzylinder, vorzugsweise in genau einem Referenzzylinder, der Zy- linderdruck gemessen wird und aus dem Zylinderdrucksignal eine Referenzverbrennungslage ermittelt wird, und dass aufgrund der Differenz zwischen der aus dem Zylinderdruck des Referenzzylinders ermittelten Referenzverbrennungslage des Referenzzylinders und der modellierten Verbrennungslage des Verbrennungslagenmodells des Referenzzylinders ein Modellfehler berechnet wird, und dass das Verbrennungslagenmodell durch den vorzugsweise gefilterten Modellfehler korrigiert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels des Verbrennungslagenmodells eine zylinderselektive Regelung der Verbrennungslage durchgeführt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 die Verbrennungslageregelung gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Verbrennungslagenregelung.
Bei der in Fig. 1 schematisch gezeigten herkömmlichen Verbrennungslagenregelung wird aufgrund einer einem Verbrennungslagenregler 1 zugeführten Wunschverbrennungslage 2 für einen bestimmten Zylinder x (x=l,... n) ein Eingriff 3 in die Verbrennungslage durchgeführt, worauf eine Verbrennung 4 im Zylinder x stattfindet. In einem Schritt 5 wird über einen Zylinderdrucksensor die tatsächliche Verbrennungslage 6 ermittelt und dem Verbrennungslageregler 1 als Istwert zugeführt. Um für jeden Zylinder x eine genaue Verbrennungslagenregelung durchführen zu können, ist dabei für jeden Zylinder ein Zylinderdrucksensor erforderlich. Werden Mittelwerte von Signalen benachbarter Zylinder verwendet, so kann zwar die Anzahl der erforderlichen Zylinderdrucksensoren verringert werden, was allerdings zu Lasten der Regelgüte erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Verbrennungslagenregelung.
Der Verbrennungslagenregler 11 führt aufgrund einer Wunschverbrennungslage 12 einen Eingriff 13 in die Verbrennungslage bei einem bestimmten Zylinder x durch, wodurch eine Verbrennung 14 in dem Zylinder x stattfindet. Erfindungsgemäß ist in die Verbrennungslagenregelung nun ein Verbrennungslagenmodell 15 für einen oder mehrere Zylinder x eingebunden. Das Verbrennungslagenmodell 15 empfängt als Eingangsgrößen verschiedene Motorbetriebsparameter, und zwar einerseits Sensorsignale 16 aus der Standardsensorik der Motorsteuerung und andererseits Steuersignale 17 vom Eingriff 13 in die Verbrennungslage, wie etwa Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge, Abstände zwischen Vor-, Haupt und Nacheinspritzung, Einspritzdruck, Einspritzdauer oder dergleichen. Aufgrund der Signale 16, 17 ermittelt das Verbrennungslagenmodell 15 eine zylinderspezifische fiktive Verbrennungslage 18. Bei entsprechender Kalibrierung des Verbren- nungslagenmodells 15 kann die fiktive Verbrennungslage als Information über die reale Verbrennungslage der Verbrennungslagenregelung 11 als Istwert zugeführt werden. Zur Kalibrierung des Verbrennungslagenmodells 15 ist es ausreichend, wenn die Verbrennungslage mittels eines Zylinderdrucksensors in einem Referenzzylinder ermittelt wird. Die Referenzverbrennungslage ist in Fig. 2 mit Bezugszeichen 19 bezeichnet. Die Referenzverbrennungslage 19 wird mit einer durch das Verbrennungslagenmodell ermittelten fiktiven modellbasierten Verbrennungslage 20 verglichen. Tritt eine Abweichung zwischen der durch den Zylinderdrucksensor ermittelten realen Verbrennungslage 19 und der modellbasierten Verbrennungslage 20 für den Referenzzylinder auf, so wird die fiktive Verbrennungslage 18 aus dem Verbrennungslagemodell 15 aufgrund des festgestellten Modellfehlers 21 entsprechend korrigiert, wobei das Signal des Modellfehlers 21 noch durch ein Tiefpassfilter 22 geführt wird, damit nur der mittlere Modellfehler 21 korrigiert wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die notwendige Anzahl an Zylinderdrucksensoren ohne Einbußen der Regelungsqualität wesentlich verkleinert werden, wodurch eine deutliche Kosteneinsparung erzielt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Regelung der Verbrennungslage bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei zumindest ein Motorbetriebsparameter erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein arithmetisches oder kennlinienbasiertes zylinderselektives Verbrennungslagenmodell (15) bereitgestellt wird, welches eine Beziehung zwischen zumindest einem ermittelten Motorbetriebsparameter und der Verbrennungslage herstellt, und dass mittels des Verbrennungslagenmodells (15) für jeden Zylinder (x) die Verbrennungslage auf der Basis des ermittelten Motorbetriebsparameters ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter ein Sensorsignal (16) der Motorsensorik, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Drehzahl, angesaugte Luftmasse, Ladedruck, Ladetemperatur, Kühlmitteltemperatur, Kraftstoffdruck, λ-Sondenwert verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter ein vorzugsweise zylinderselektives Steuersignal (17) der Verbrennung, besonders vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Einspritzzeitpunkt, Abstände zu Vor- und Nacheinspritzungen, Einspritzmenge, Einspritzdruck, Einspritzdauer verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Referenzzylinder, vorzugsweise in genau einem Referenzzylinder, der Zylinderdruck gemessen wird und aus dem Zylinderdrucksignal eine Referenzverbrennungslage (19) ermittelt wird, dass aufgrund der Differenz zwischen der aus dem Zylinderdruck des Referenzzylinders ermittelten Referenzverbrennungslage (19) des Referenzzylinders und der modellierten Verbrennungslage (20) des Verbrennungslagenmodells (15) des Referenzzylinders ein Modellfehler (21) berechnet wird, und dass das Verbrennungslagenmodell (15) durch den vorzugsweise gefilterten Modellfehler (21) korrigiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verbrennungslagenmodells (15) eine zylinderselektive Regelung der Verbrennungslage durchgeführt wird.
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