WO2014191194A1 - Verfahren und system zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2014191194A1
WO2014191194A1 PCT/EP2014/059712 EP2014059712W WO2014191194A1 WO 2014191194 A1 WO2014191194 A1 WO 2014191194A1 EP 2014059712 W EP2014059712 W EP 2014059712W WO 2014191194 A1 WO2014191194 A1 WO 2014191194A1
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flow
gas
cylinder
gas stream
internal combustion
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PCT/EP2014/059712
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Richard Kopold
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Continental Automotive Gmbh
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    • 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
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to the control of an internal combustion engine.
  • the invention relates to the control of a Hub ⁇ piston engine for driving a motor vehicle.
  • the control of the internal combustion engine he usually follows ⁇ not only in terms of its output power, but also with respect to a pollutant amount in the exhaust gas. Therefore, a conventional engine control aims at the most accurate possible adjustment of the amount of charge and the nature of the charge both in stationary and in the dynamic operation of the internal combustion engine.
  • a charge change of the internal combustion engine that is, a suction of a combustible gas mixture and an expulsion of combusted gas mixture is usually modeled to close, for example, from a desired charge flow rate to a corresponding charge / intake manifold pressure.
  • the thus determined pressure is then adjusted via an actuator.
  • an adjustment of the gas composition takes place in the combustion chamber.
  • a conventional engine control therefore regulates either measurable substitute variables such as a fresh air quantity or a boost pressure, or regulates to a modeled size, which indicates the conditions in the internal combustion engine, in particular in the combustion chamber.
  • the modeled quantity requires a physical model of the internal combustion engine in order to be able to computationally determine, for example, the charge quantity and the gas composition.
  • Control is in any case a time-delayed setting of the desired reference variables conditional. A response of the internal combustion engine and the control accuracy in transitions between different operating conditions may therefore be in need of improvement.
  • An internal combustion engine in particular a reciprocating piston engine for driving a motor vehicle, comprises a cylinder through which a gas flow passes.
  • the cylinder includes a lockable volume in which combustion of a portion of the gas stream may be induced to utilize the resulting expansion energy to propel the motor vehicle.
  • An inventive method for controlling the internal combustion engine comprises steps of providing a physical model for determining flow parameters of the gas flow at different locations of the gas flow in dependence on a position of an actuator in the gas flow, determining, based on the inverted model, a position of the actuator which corresponds to a predetermined flow parameter at a predetermined location, controlling the actuator in the certain position, determining a deviation of the predetermined flow parameter from the flow parameter of the gas flow at the predetermined location and the adjustment of the model based on the deviation.
  • the physical model includes an exhaust gas recirculation for the return of burned gas in the cylinder.
  • the inventive consideration of the exhaust gas recirculation an admixture of burnt or exhaust gas to the teilver- branntem entering the cylinder fresh gas can be selectively performed to provide a desired Ladungszu ⁇ composition for a subsequent combustion in the cylinder.
  • the amount of gas and the gas composition in the cylinder can be controlled so improved independently.
  • the internal combustion engine can thereby be guided more precisely to a predetermined operating point. Thereby, emission of pollutants in the exhaust gas can be reduced while providing a predetermined torque or power by the internal combustion engine.
  • the predetermined location may be at an inlet to the cylinder, for example.
  • the predetermined location is in the cylinder.
  • the control thus takes place directly on a modeled variable in the combustion chamber of the internal combustion engine. Determination and control errors can be reduced.
  • the predetermined Flusspa ⁇ parameters for example, a gas composition relates to, wherein the predetermined position about an inlet into the cylinder, the special ⁇ after a possible initiation of a high pressure exhaust gas recirculation, or the cylinder interior is concerned.
  • a filling of the cylinder that is, a gas mass in the cylinder to be controlled.
  • the predetermined flow parameter an incoming gas mass flow and, as a predetermined point
  • the recirculated flow includes high pressure exhaust gas recirculation (HD EGR) from an exhaust side of the cylinder to an intake side of the cylinder.
  • the actuator may include an EGR valve for controlling the recirculated flow.
  • a cooler may be provided for cooling the recirculated flow.
  • the internal combustion engine comprises a turbo ⁇ bolader with an exhaust gas turbine and a compressor, wherein the recirculated stream includes a low-pressure exhaust gas recirculation (LP-EGR) from the low pressure side of the exhaust gas turbine to the low pressure side of the compressor ,
  • LP-EGR low-pressure exhaust gas recirculation
  • the actuator may in this case comprise a low-pressure exhaust gas recirculation valve. Due to the low-pressure exhaust gas recirculation, the gas composition in the internal combustion engine can be influenced independently or in conjunction with the high-pressure exhaust gas recirculation.
  • a predetermined amount of burnt or partially burned gas is left in the cylinder during the charge cycle.
  • This technique is also called internal exhaust gas recirculation. It can be any combination of Internal, high pressure and low pressure exhaust gas recirculation can be used.
  • Flow parameter a gas composition or an amount of gas in the cylinder. Additionally or alternatively, a temperature, a charge movement or a degree of filling in the cylinder can be modeled.
  • the physical model can be set up actuators in the gas stream to determine the flow ⁇ behavior of the gas flow on the basis of the positions of a plurality.
  • the flow parameter can be influenced in different ways. Side effects, which may include, for example, a temperature of the gas stream at a predetermined location, can be exploited specifically.
  • the physical model can be adapted for determining the flow ⁇ behavior of the gas stream based on flow parameters of the gas stream at one or more locations.
  • the flow parameters can be determined directly, in particular by a measurement by means of a sensor, or indirectly by a mathematical derivation from one or more other values, in particular flow parameters.
  • the physical modeling of the gas flow through the internal combustion engine can thus correspond in an improved way to the actual internal combustion engine.
  • the flow parameters may in particular include a temperature and / or a pressure of the gas stream. In principle, it is possible to include any number of positions of actuators in gas flow and flow parameters of the gas flow at different locations in the physical model.
  • An inventive computer program product comprises program code Pro ⁇ medium for carrying out the described method, when the computer program product runs on a cookedsein ⁇ direction or is stored on a computer readable medium.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a control model on the
  • Fig. 3 shows a method for controlling the internal combustion engine of
  • FIG. 1 illustrates on the basis of the control model of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion ⁇ machine 100.
  • a gas stream 105 is shown, which passes through the internal combustion engine 100.
  • Components for forming a gas mixture for the gas stream 105 such as an injection system for injecting fuel or components for the initiation of an internal combustion engine, particularly an ignition system are not Darge ⁇ represents.
  • the illustrated internal combustion engine 100 is to be understood as purely exemplary; not all of the components described below must be provided on the internal combustion engine 100 and possibly additional components may be used.
  • the gas stream 105 first passes through an air filter 110 and then passes through an air mass meter 115 for determining the mass of the air flowing through.
  • a turbocharger 120 with a compressor 125 and an exhaust gas turbine 130 is provided.
  • the gas stream 105 is compressed in the compressor 125 and then passes through a charge air cooler 135.
  • a throttle 140 may be provided for throttling the gas flow 105.
  • the gas stream 105 then passes through an inlet 145 into one of potentially several cylinders 150. In the cylinder 150, combustion of oxygen-containing gas and fuel takes place in a closed volume. After combustion, the gas stream 105 exits through an outlet 155.
  • a particulate filter 160 can be traversed before the gas stream 105 exits through an exhaust flap 162 and a muffler 164 in an environment.
  • a high pressure exhaust gas recirculation 166 includes a recycle stream 168 that extends as backflow of the gas stream 105 from the exhaust 155 through an optional radiator 170 and an optional high pressure exhaust gas recirculation valve 172 back to the inlet 145.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation system 180 includes a recirculated flow 182, which is also a bypass flow of the gas flow 105 and extends from the low-pressure side of the exhaust gas turbine 130 to the low-pressure side of the compressor 125 of the turbocharger 120.
  • the recirculated stream 182 passes through an optional cooler 184 and an optional low-pressure exhaust gas recirculation valve 186.
  • the recirculated low-pressure stream 182 is not immediately behind the
  • a control device 188 is provided for controlling the internal combustion engine 100.
  • the control device 188 comprises in particular a processing device for a computer program product, for example a programmable microcomputer.
  • flow parameters of the gas flow 105 are determined by measurement at the engine 100, preferably at a plurality of locations 190. Some particularly preferred locations 190 are shown in FIG. 1, however, additional or other locations 190 may be used. From the measured flow parameters further flow parameters can be derived. Based on all flow parameters, the controller 188 determines the position of one or more variable actuators 192, which may include, for example, the throttle 140, the exhaust flap 162, and the exhaust gas recirculation valves 172 and 186.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a control model 200 on the internal combustion engine 100 of FIG. 1.
  • the control model 200 can in particular be imaged or executed within the control device 188.
  • the control model 200 which is also referred to as a "forward model”
  • a first step 205 one or more flow parameters of the gas flow 105 or one of its secondary flows 168 or 182 on the internal combustion engine 100 are determined.
  • the flow ⁇ parameter may comprise a temperature or a pressure in particular.
  • a flow direction, a flow velocity or another parameter may also be determined.
  • the positions of one or more actuators 192 in the gas flow 105 are determined in a step 210.
  • a physical model 215, which, for example, models a flow behavior of the gas flow 105 through the individual components of the internal combustion engine 100 further flow parameters of the internal combustion engine 100 at one or more locations 190 certainly.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method of controlling the internal combustion engine 100 of FIG. 1 based on the control model 200 of FIG. 2.
  • the method 200 is particularly adapted to run on the controller 188 of FIG.
  • a physical model corresponding to that of step 215 in FIG. 2 is provided.
  • the model is inverted in a step 310.
  • the inverted model is adapted to a target Para ⁇ meter, in particular a flow parameter at a predetermined location 190, such as the cylinder 150, one or more solutions to determine which corresponds in each case a number of flow parameters speaking those of Step 205, and a number positions of actuators 192 corresponding to those of step 210.
  • a step 315 the desired flow parameters, in particular a pressure and a temperature at a predetermined location 190, are detected.
  • further flow parameters can optionally be detected, which can be determined in particular on the internal combustion engine 100 by means of a sensor or derived from sensor-determined values.
  • positions of one or more actuators 192 are detected.
  • the positions of one or more actuators 192 in the gas flow 105 are determined.
  • the one or more positions are adjusted in a step 335, that is, the respective actuators 192 are driven to travel to the predetermined positions.
  • the actual flow parameter which adjusts itself at a predetermined point 190, is determined on the basis of the currently present positions of the actuators 192 and the current measured values on the basis of the forward model from the step 305.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine (100) umfasst einen Zylinder (150), durch den ein Gasstrom (105) verlauft. Ein Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine (100) umfasst Schritte des Bereitstellens eines physikalischen Modells zum Bestimmen von Flussparametern des Gasstroms (105) an unterschiedlichen Stellen (190) des Gasstroms (105) in Abhängigkeit einer Stellung eines Stellglieds (192) im Gasstrom (105), des Bestimmens, auf der Basis des invertierten Modells, einer Stellung des Stellglieds (192), die zu einem vorbestimmten Flussparameter an einer vorbestimmten Stelle (190) korrespondiert, des Steuerns des Stellglieds (192) in die bestimmte Stellung, des Bestimmens einer Abweichung des vorbestimmten Flussparameters vom Flussparameter des Gasstroms (105) an der vorbestimmten Stelle (190), und des Abgleichens des Modells auf der Basis der Abweichung. Dabei umfasst das physikalische Modell eine Rückführung verbrannten Gases in den Zylinder (150).

Description

Beschreibung
Verfahren und System zur Steuerung einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft die Steuerung einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung eines Hub¬ kolbenmotors zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
Zur Steuerung eines Verbrennungsmotors wird eine Zusammensetzung der Gasladung und eine Füllung eines Verbrennungsraums mit der Gasladung durch das Stellen externer Aktuatoren wie Drosselklappen, Abgasrückführventile, Abgasklappen etc. gezielt be- einflusst. Sowohl die Zusammensetzung als auch die Menge der Gasfüllung des Verbrennungsraums hat erheblichen Einfluss auf das mögliche Drehmoment und die Verbrennungsprodukte des
Verbrennungsmotors. Die Steuerung des Verbrennungsmotors er¬ folgt üblicherweise nicht nur bezüglich seiner abgegebenen Leistung, sondern auch bezüglich einer Schadstoffmenge im Abgas. Eine übliche Motorsteuerung strebt daher eine möglichst genaue Einstellung der Ladungsmenge und der Beschaffenheit der Ladung sowohl im stationären als auch im dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors an.
Um die Ladungszusammensetzung und die Ladungsmenge eines Verbrennungsmotors zu steuern, wird im Allgemeinen eine direkte oder indirekte Regelung auf messbare Zielgrößen wie einen Luftmassenstrom am Luftmassenmesser oder einen Lade- oder Saugrohrdruck im Einlasssystem des Verbrennungsmotors durchgeführt. Ein Ladungswechsel des Verbrennungsmotors, also ein Ansaugen eines brennbaren Gasgemischs und ein Ausstoßen von verbranntem Gasgemisch, wird dabei üblicherweise modelliert, um beispielsweise aus einem gewünschten Ladungsdurchsatz auf einen dazu korrespondierenden Lade-/Saugrohrdruck zu schließen. Der solchermaßen bestimmte Druck wird dann über einen Aktuator eingestellt. In ähnlicher Weise erfolgt eine Einstellung der Gaszusammensetzung im Verbrennungsraum. Üblicherweise ist es nicht möglich, die Gasmenge oder die Zusammensetzung des Gases im Verbrennungsmotor direkt zu bestimmen. Eine übliche Motorsteuerung regelt daher entweder messbare Ersatzgrößen wie eine Frischluftmenge oder einen Ladedruck, oder regelt auf eine modellierte Größe, die auf die Verhältnisse im Verbrennungsmotor, insbesondere in dessen Brennraum, hinweist. Die modellierte Größe erfordert ein physikalisches Modell des Verbrennungsmotors, um beispielsweise die Ladungsmenge und die Gaszusammensetzung rechnerisch be- stimmen zu können. Durch das Regelverhalten einer solchen
Steuerung ist in jedem Fall eine zeitverzögerte Einstellung der gewünschten Führungsgrößen bedingt. Ein Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors und die Regelgenauigkeit bei Übergängen zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen können daher verbesserungsbedürftig sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerein¬ richtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die eine direktere oder genauere Steuerung der Maschine erlauben. Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Aus¬ führungsformen wieder. Eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolbenmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfasst einen Zylinder, durch den ein Gasstrom verläuft. Der Zylinder enthält ein abschließbares Volumen, in dem eine Verbrennung eines Teils des Gasstroms herbeigeführt werden kann, um die dabei entstehende Expansionsenergie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu nutzen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine umfasst Schritte des Bereitstellens eines physikalischen Modells zum Bestimmen von Flussparametern des Gasstroms an unterschiedlichen Stellen des Gasstroms in Abhängigkeit einer Stellung eines Stellglieds im Gasstrom, des Bestimmens, auf der Basis des invertierten Modells, einer Stellung des Stellglieds, die zu einem vorbestimmten Flussparameter an einer vorbestimmten Stelle korrespondiert, des Steuerns des Stellglieds in die bestimmte Stellung, des Bestimmens einer Abweichung des vorbestimmten Flussparameters vom Flussparameter des Gasstroms an der vorbestimmten Stelle und des Abgleichens des Modells auf der Basis der Abweichung. Dabei umfasst das physikalische Modell eine Abgasrückführung zur Rückführung von verbranntem Gas in den Zylinder .
Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Abgasrückführung kann eine Beimischung von verbranntem oder teilver- branntem Abgas zu dem in den Zylinder eintretenden Frischgas gezielt durchgeführt werden, um eine erwünschte Ladungszu¬ sammensetzung für eine folgende Verbrennung im Zylinder bereitzustellen. Die Gasmenge und die Gaszusammensetzung im Zylinder können so verbessert unabhängig voneinander gesteuert werden. Der Verbrennungsmotor kann dadurch genauer an einen vorbestimmten Betriebspunkt geführt werden. Dadurch kann eine Emission von Schadstoffen im Abgas verringert werden, während ein vorbestimmtes Drehmoment bzw. eine vorbestimmte Leistung durch den Verbrennungsmotor bereitgestellt werden.
Durch die Aufnahme der Abgas-Rückführstrecken in das physikalische Modell ist es möglich, die Brennkraftmaschine auch dann genau zu steuern, wenn eine Drossel zur Steuerung einer
Frischgaszufuhr vollständig geöffnet oder bauartbedingt gar nicht vorgesehen ist. So können sowohl Otto- als auch Dieselmotoren in verbesserter Weise und über einen erweiterten Bereich von Verbrennungszuständen in ihrer Leistungsabgabe und der Emission von Schadstoffen gesteuert werden. Die vorbestimmte Stelle kann beispielsweise an einem Einlass in den Zylinder liegen. Bevorzugterweise liegt die vorbestimmte Stelle im Zylinder. Die Steuerung erfolgt somit unmittelbar auf eine modellierte Größe im Brennraum der Brennkraftmaschine. Bestimmungs- und Steuerungsfehler können so verringert werden. In einer Ausführungsform betrifft der vorbestimmte Flusspa¬ rameter beispielsweise eine Gaszusammensetzung, wobei die vorbestimmte Stelle etwa einen Einlass in den Zylinder, ins¬ besondere nach einer möglichen Einleitung einer Hoch- druck-Abgasrückführung, oder den Zylinder-Innenraum betrifft. In einer weiteren Ausführungsform soll eine Füllung des Zylinders, also eine im Zylinder befindliche Gasmasse gesteuert werden. Dabei kann als vorbestimmter Flussparameter ein ein- fließender Gasmassenstrom und als vorbestimmte Stelle der
Einlass verwendet werden. Alternativ kann auch eine im Zylinder verbleibende Gasmasse als Flussparameter verwendet werden, wobei die vorbestimmte Stelle der Zylinder ist. In einer ersten Variante umfasst der rückgeführte Strom eine Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) von einer Auslassseite des Zylinders zu einer Einlassseite des Zylinders. Dabei kann das Stellglied ein AGR-Ventil zur Steuerung des rückgeführten Stroms umfassen. Ferner kann ein Kühler zur Kühlung des rückgeführten Stroms vorgesehen sein. Diese Art der Abgas-Rückführung kann kostengünstig aufgebaut werden und eine einfache Beeinflussung der Gaszusammensetzung in der Brennkraftmaschine erlauben.
In einer anderen Variante, die mit der letztgenannten Variante kombinierbar ist, umfasst die Brennkraftmaschine einen Tur¬ bolader mit einer Abgasturbine und einem Verdichter, wobei der rückgeführte Strom eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) von der Niederdruckseite der Abgasturbine zur Niederdruckseite des Verdichters umfasst. Es ist natürlich auch möglich, einen Turbolader vorzusehen, ohne eine Niederdruck-Abgasrückführung zu verwenden.
Das Stellglied kann hierbei ein Niededruck-Abgasrückführungs- ventil umfassen. Durch die Niederdruck-Abgasrückführung kann eigenständig oder in Verbindung mit der Hochdruck- Abgasrückführung die Gaszusammensetzung in der Brennkraftmaschine beeinflusst werden.
In noch einer weiteren Variante, die mit den beiden letztge- nannten Varianten kombinierbar ist, wird eine vorbestimmte Menge verbrannten oder teilverbrannten Gases beim Ladungswechsel im Zylinder belassen. Diese Technik wird auch interne Abgasrückführung genannt. Es können beliebige Kombinationen von interner, Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung verwendet werden .
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der
Flussparameter eine Gaszusammensetzung oder eine Gasmenge im Zylinder. Zusätzlich oder alternativ können auch eine Temperatur, eine Ladungsbewegung oder ein Füllgrad im Zylinder modelliert werden. Das physikalische Modell kann zum Bestimmen des Durchfluss¬ verhaltens des Gasstroms auf der Basis der Stellungen einer Vielzahl Stellglieder in Gasstrom eingerichtet sein. So kann der Flussparameter auf unterschiedliche Weisen beeinflusst werden. Nebeneffekte, die beispielsweise eine Temperatur des Gasstroms an einer vorbestimmten Stelle umfassen können, können so gezielt ausgenutzt werden.
Das physikalische Modell kann zum Bestimmen des Durchfluss¬ verhaltens des Gasstroms auf der Basis von Flussparametern des Gasstroms an einer oder mehreren Stellen eingerichtet sein. Dabei können die Flussparameter direkt bestimmt sein, insbesondere durch eine Messung mittels eines Sensors, oder indirekt durch eine rechnerische Ableitung aus einem oder mehreren anderen Werten, insbesondere Flussparametern. Die physikalische Mo- dellierung des Gasstroms durch die Brennkraftmaschine kann so in verbesserter Weise der tatsächlichen Brennkraftmaschine entsprechen. Die Flussparameter können insbesondere eine Temperatur und/oder einen Druck des Gasstroms umfassen. Prinzipiell ist es möglich, beliebige Vielzahlen von Stellungen von Stellgliedern in Gasstrom und Flussparametern des Gasstroms an unterschiedlichen Stellen in das physikalische Modell mit einzubeziehen . Üblicherweise steigt die Genauigkeit des phy¬ sikalischen Modells mit der Anzahl von Flussparametern, die als Eingangsgrößen fungieren, gleichzeitig steigt jedoch auch der Verarbeitungsaufwand zur Bestimmung weiterer Flussparameter wie der Stellung der Stellglieder. Mit steigender Anzahl Stellglieder steigen die Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Brennkraftmaschine und potenziell die Genauigkeit der Steuerung. Allerdings ist mit einer steigenden Anzahl Stellglieder üblicherweise auch ein erhöhter Bestimmungsaufwand verbunden. Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Pro¬ grammcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungsein¬ richtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert ist.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, durch den ein Gasstrom verläuft, ist dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen .
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine; Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Steuermodells an der
Brennkraftmaschine von Fig. 1, und
Fig. 3 ein Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine von
Fig. 1 auf der Basis des Steuermodells von Fig. 2 darstellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraft¬ maschine 100. Dabei ist in erster Linie ein Gasstrom 105 dargestellt, der durch die Brennkraftmaschine 100 verläuft. Komponenten zur Bildung eines Gasgemischs für den Gasstrom 105, wie beispielsweise eine Einspritzanlage zum Einspritzen von Kraftstoff oder Komponenten zur Initiierung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eine Zündanlage, sind nicht darge¬ stellt. Die dargestellte Brennkraftmaschine 100 ist als rein exemplarisch zu verstehen; nicht alle der im Folgenden beschriebenen Komponenten müssen an der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen sein und ggf. können zusätzliche Komponenten verwendet werden. Der Gasstrom 105 tritt zunächst durch einen Luftfilter 110 und durchläuft dann einen Luftmassenmesser 115 zur Bestimmung der Masse der durchströmenden Luft. Vorliegend ist ein Turbolader 120 mit einem Verdichter 125 und einer Abgasturbine 130 vorgesehen. Der Gasstrom 105 wird im Verdichter 125 komprimiert und durchläuft dann einen Ladeluftkühler 135. Eine Drossel 140 kann zur Drosselung des Gasstroms 105 vorgesehen sein. Anschließend durchläuft der Gasstrom 105 einen Einlass 145 in einen von potenziell mehreren Zylindern 150. Im Zylinder 150 erfolgt eine Verbrennung von sauerstoffhaltigem Gas und Kraftstoff in einem abgeschlossenen Volumen. Nach der Verbrennung tritt der Gasstrom 105 durch einen Auslass 155 aus.
Danach durchläuft der Gasstrom 105 die Abgasturbine 130 des Turboladers 120 und einen Katalysator 158. Anschließend kann ein Partikelfilter 160 durchlaufen werden, bevor der Gasstrom 105 durch eine Abgasklappe 162 und einen Schalldämpfer 164 in eine Umgebung austritt. Zur Steuerung der Zusammensetzung von Gas im Zylinder 150 sind eine oder mehrere Abgasrückführungen vorgesehen. Eine interne Abgasrückführung bewirkt einen Verbleib eines Teils des ver¬ brannten Gases im Zylinder 150 während eines Ladungswechsels. Eine Hochdruck-Abgasrückführung 166 umfasst einen rückgeführten Strom 168, der als Nebenstrom des Gasstroms 105 vom Auslass 155 durch einen optionalen Kühler 170 und ein optionales Hochdruck-Abgasrückführungsventil 172 zurück zum Einlass 145 verläuft. Eine Niederdruck-Abgasrückführung 180 umfasst einen rückgeführten Strom 182, der ebenfalls ein Nebenstrom des Gasstroms 105 ist und von der Niederdruckseite der Abgasturbine 130 zur Niederdruckseite des Verdichters 125 des Turboladers 120 verläuft. Dabei durchläuft der rückgeführte Strom 182 einen optionalen Kühler 184 und ein optionales Niededruck- Abgasrückführungsventil 186. Bevorzugterweise wird der rück- geführte Niederdruck-Strom 182 nicht unmittelbar hinter der
Abgasturbine 130, sondern stromabwärts, insbesondere nach dem Katalysator 158 und dem Partikelfilter 160 aus dem Gasstrom 105 abgezweigt . Eine Steuereinrichtung 188 ist zur Steuerung der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 188 umfasst insbesondere eine Verarbeitungseinrichtung für ein Computerprogrammprodukt, beispielsweise einen programmierbaren Mik- rocomputer. Zur Steuerung werden an der Brennkraftmaschine 100 bevorzugterweise an mehreren Stellen 190 Flussparameter des Gasstroms 105 per Messung bestimmt. Einige besonders bevorzugte Stellen 190 sind in Fig. 1 eingezeichnet, es können jedoch auch zusätzliche oder andere Stellen 190 verwendet werden. Aus den gemessenen Flussparametern können weitere Flussparameter abgeleitet werden. Auf der Basis aller Flussparameter bestimmt die Steuereinrichtung 188 die Stellung eines oder mehrerer veränderbarer Stellglieder 192, zu denen beispielsweise die Drossel 140, die Abgasklappe 162 und die Abgasrückführungsventile 172 und 186 zählen können.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Steuermodells 200 an der Brennkraftmaschine 100 von Fig. 1. Das Steuermodell 200 kann insbesondere innerhalb der Steuereinrichtung 188 abgebildet bzw. durchgeführt werden. Mit Hilfe des Steuermodells 200, das auch als „Vorwärts-Modell" bezeichnet wird, ist es möglich, auf der Basis eines oder mehrerer Flussparameter einen oder mehrere weitere Flussparameter an der Brennkraftmaschine 100 zu be¬ stimmen .
In einem ersten Schritt 205 werden einer oder mehrere Flussparameter des Gasstroms 105 bzw. eines seiner Nebenströme 168 oder 182 an der Brennkraftmaschine 100 bestimmt. Die Fluss¬ parameter können insbesondere eine Temperatur oder einen Druck umfassen. In weiteren Ausführungsformen können auch eine Strömungsrichtung, eine Strömungsgeschwindigkeit oder ein anderer Parameter bestimmt sein. Unabhängig davon werden in einem Schritt 210 die Stellungen eines oder mehrerer Stellglieder 192 im Gasstrom 105 bestimmt. Dann werden in einem physikalischen Modell 215, das beispielsweise ein Strömungsverhalten des Gasstroms 105 durch die einzelnen Komponenten der Brennkraftmaschine 100 modelliert, weitere Flussparameter der Brennkraftmaschine 100 an einer oder mehreren Stellen 190 bestimmt. Auf der Basis der nun vorliegenden Flussparameter des Gasstroms 105 wird in einem weiteren Schritt 220 ein Durch¬ flussverhalten des Gasstroms 105 durch die Brennkraftmaschine 100 an einer oder mehreren vorbestimmten Stellen 190 bestimmt. Eine der vorbestimmten Stellen 190 kann insbesondere den Zylinder 150, also den Brennraum der Brennkraftmaschine 100 betreffen.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 von Fig. 1 auf der Basis des Steuermodells 200 von Fig. 2. Das Verfahren 200 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Steuereinrichtung 188 von Fig. 1 eingerichtet.
In einem ersten Schritt 305 wird ein physikalisches Modell entsprechend dem von Schritt 215 in Fig. 2 bereitgestellt. Nachfolgend wird das Modell in einem Schritt 310 invertiert. Das invertierte Modell ist dazu eingerichtet, zu einem Zielpara¬ meter, insbesondere einem Flussparameter an einer vorbestimmten Stelle 190, etwa dem Zylinder 150, eine oder mehrere Lösungen zu bestimmen, die jeweils einer Anzahl von Flussparametern ent- sprechend denen von Schritt 205 und eine Anzahl von Stellungen von Stellgliedern 192 entsprechend denen von Schritt 210 umfassen. Mittels des invertierten Modells können also Stellungen der Stellglieder 192 bestimmt werden, die zu vorbestimmten Flussparametern an einer vorbestimmten Stelle, insbesondere einem Druck und einer Temperatur des Gasstroms 105 im Zylinder 150, korrespondieren.
In einem Schritt 315 werden die gewünschten Flussparameter, insbesondere ein Druck und eine Temperatur an einer vorbestimmten Stelle 190, erfasst. In einem nachfolgenden Schritt 320 können optional noch weitere Flussparameter erfasst werden, die insbesondere an der Brennkraftmaschine 100 mittels eines Sensors bestimmt oder aus sensorisch bestimmten Werten abgeleitet werden können. In einem Schritt 325 werden Stellungen eines oder mehrerer Stellglieder 192 erfasst. Dann werden in einem Schritt 330 auf der Basis des im Schritt 310 invertierten physikalischen Modells die Stellungen eines oder mehrerer Stellglieder 192 im Gasstrom 105 bestimmt, die zu. Die eine oder mehreren Stellungen werden in einem Schritt 335 eingestellt, das heißt, die entsprechenden Stellglieder 192 werden dazu angesteuert, in die vorbestimmten Stellungen zu fahren. Danach wird in einem Schritt 340 anhand des Vor- wärts-Modells aus dem Schritt 305 auf der Basis der aktuell vorliegenden Stellungen der Stellglieder 192 sowie der aktuellen Messwerte der tatsächliche Flussparameter bestimmt, der sich an einer vorbestimmten Stelle 190 einstellt.
In einem Schritt 345 erfolgt ein Vergleich des im Schritt 340 bestimmten Flussparameters mit dem gewünschten Flussparameter aus dem Schritt 315. Da das physikalische Modell allgemein nicht perfekt ist, wird der Flussparameter aus dem Schritt 340 in der Regel nicht genau den gewünschten Wert aus dem Schritt 315 reflektieren. Eine Abweichung zwischen den Werten liegt üb- licherweise im Bereich von unter 2 bis 5 Prozent des jeweiligen Flussparameters. Auf der Basis dieser Abweichung wird in einem Schritt 350 das physikalische Modell angepasst. Bei einem erneuten Durchlauf des Verfahrens 300 wird diese Anpassung im Schritt 310 in das invertierte Modell propagiert.
Bezugs zeichenliste
100 Brennkraftmaschine
105 Gasstrom
110 Luftfilter
115 Luftmassenmesser
120 Turbolader
125 Verdichter
130 Abgasturbine
135 Ladeluftkühler
140 Drossel
145 Einlass
150 Zylinder
155 Aus1ass
158 Katalysator
160 Partikelfilter
162 Abgasklappe
164 Schalldämpfer
166 Hochdruck-Abgasrückführung
168 rückgeführter Strom
170 Kühler
172 Hochdruck-Abgasrückführungsventil
180 Niederdruck-Abgasrückführung
182 rückgeführter Strom
184 Kühler
186 Niederdruck-Abgasrückführungsventil
188 Steuereinrichtung
190 Stelle
192 Stellglied
200 Steuermodell
205 Flussparameter
210 Stellungen
215 physikalisches Modell
220 Durchflussverhalten
225 Flussparameter an vorbest. Stelle
300 Verfahren
305 Bereitstellen Modell Invertieren Modell
Erfassen gewünschter Flussparameter
Erfassen weitere Flussparameter
Erfassen Stellungen von Stellgliedern
Bestimmen Stellung eines Stellglieds
Stellen Stellglied
Bestimmen Flussparameter
Vergleichen gemessener und gewünschter Flussparameter Modell anpassen

Claims

Patentansprüche
Verfahren (300) zum Steuern einer Brennkraftmaschine (100) mit einem Zylinder (150), durch den ein Gasstrom (105) verläuft, wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst :
Bereitstellen (305) eines physikalischen Modells (215) zum Bestimmen von Flussparametern des Gasstroms (105) an unterschiedlichen Stellen (190) des Gasstroms (105) in Abhängigkeit einer Stellung eines Stellglieds (192) im Gasstrom (105) ;
Bestimmen (330), auf der Basis des invertierten Modells, einer Stellung des Stellglieds (192), die zu einem vorbestimmten Flussparameter an einer vorbestimmten Stelle (190) korrespondiert;
Steuern (335) des Stellglieds (192) in die bestimmte Stellung;
Bestimmen (345) einer Abweichung des vorbestimmten Flussparameters vom Flussparameter des Gasstroms (105) an der vorbestimmten Stelle (190), und
Abgleichen (350) des Modells (215) auf der Basis der Abweichung,
dadurch gekennzeichnet, dass
das physikalische Modell (215) eine Rückführung (168, 128) verbrannten Gases in den Zylinder (150) umfasst.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Stelle im Zylinder (150) liegt.
Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der rückgeführte Strom (169, 182) eine Hochdruck-Abgasrückführung (166) von einer Auslassseite (155) des Zylinders (150) zu einer Einlassseite (145) des Zylinders (150) umfasst. 4. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (100) einen Turbolader (120) mit einer Abgasturbine (130) und einem Verdichter (125) umfasst und
der rückgeführte Strom (168, 182) eine Nieder- druck-Abgasrückführung (180) von der Niederdruckseite der
Abgasturbine (130) zur Niederdruckseite des Verdichters (125) umfasst.
Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Flussparameter eine Gaszusammensetzung oder eine Gasmenge im Zylinder (150) umfasst.
Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das physikalische Modell (215) zum Bestimmen des Durchflussverhaltens des Gasstroms (105) auf der Basis der Stellungen einer Vielzahl Stellglieder (192) im Gasstrom (105) eingerichtet ist.
Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das physikalische Modell (215) zum Bestimmen des Durchflussverhaltens des Gasstroms (105) auf der Basis von Flussparametern des Gasstroms (105) an einer oder mehreren Stellen (190) eingerichtet ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 7, wobei die Flussparameter eine Temperatur und/oder einen Druck umfassen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur
Durchführung des Verfahrens (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (188) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert ist.
Steuereinrichtung (188) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (100) mit einem Zylinder (150), durch den ein Gasstrom (105) verläuft, wobei die Steuereinrichtung (188) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen.
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