DE102016201234A1

DE102016201234A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016201234A1
Application number: DE102016201234.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Uhl; Yves Zehmisch; Matthias Weinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Drehzahl im Auslauf der Brennkraftmaschine anhand der Differenz von Quadratwerten (420) von im Auslauf der Brennkraftmaschine auftretenden Drehzahlen (400, 410) prädiktiv bestimmt wird (430).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Aus DE 10 2014 204 086 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen eine Luftdosiereinrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder eine variable Ventilverstellung, nach einer Stoppanforderung zunächst die der Brennkraftmaschine während des Auslaufs zugeführte Luftmenge reduziert. Dabei wird der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung so beeinflusst, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt. Dadurch kann das Auslaufverhalten kontrolliert werden und zudem festgelegt werden, welcher Zylinder der Brennkraftmaschine im Verdichtungstakt ist, wenn der Auslauf zu Ende ist und die Brennkraftmaschine in den Stillstand übergeht. Die Beeinflussung des Verlaufs der Drehzahl erfolgt durch ein Nebenaggregat, welches auf die Kurbelwelle direkt oder indirekt ein die Rotationsbewegung der Kurbelwelle abbremsendes oder beschleunigendes Drehmoment aufprägt, z. B. durch entsprechende Ansteuerung einer an die Kurbelwelle gekoppelten Hochdruck-Einspritzpumpe. Dadurch lässt sich ein Drehzahlgradient während des Auslaufs der Brennkraftmaschine auf einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlgradienten einstellen.
Die genannte Steuerung des Auslaufverhaltens ermöglicht insbesondere bei einem Hybridantrieb in einem zunächst reinen Elektromotorbetrieb, z. B. bei einer bestimmten Momentenanforderung, die Brennkraftmaschine ohne Bereitstellung eines externen Anschleppmoments anlasserlos zu starten.
Aus DE 10 2011 006 288 A1 geht ferner ein Verfahren zum anlasserlosen Starten einer Brennkraftmaschine hervor, bei dem ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine als während eines Kompressionstaktes dekomprimierbare Zylinder ausgebildet ist. Bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine wird eine Endlage einer Kurbelwelle eingestellt, in der sich ein komprimierbarer Zylinder in einem Kompressionstakt befindet. Bei Anforderung eines auf den Auslauf folgenden Startvorgangs der Brennkraftmaschine wird ein Luft-/Kraftstoffgemisch in einem Zylinder gezündet, der sich während des Stillstands in einem Verbrennungstakt befindet, um ein Drehmoment für den Wiederanlauf der Brennkraftmaschine zu erzeugen, wobei derjenige Zylinder, der sich in dem Kompressionstakt befindet, dekomprimiert wird.
Ein darauffolgender Wiederanlauf bzw. Start der Brennkraftmaschine erfolgt dabei von einer Winkelposition, an der die Kurbelwelle nach dem Auslauf zur Ruhe gekommen ist. Die Abstellposition, d. h. der Winkelabstand der Kurbelwelle zu einem nächsten Zünd-OT (ZOT), sowie der dabei betroffene Startzylinder, variieren aufgrund der bei der Stopp-Anforderung jeweils vorliegenden Motordrehzahl und der dadurch entsprechend unterschiedlichen kinetischen Energie. Die Abstellposition variiert zudem aufgrund von mechanischer Reibung von bewegten Maschinenteilen der Brennkraftmaschine sowie aufgrund der Einflussnahme von Nebenaggregaten, z. B. einem Klimakompressor oder einem Stromgenerator, und/oder der beim Auslauf jeweils angewendeten Abstellstrategie, z. B. der entsprechenden Ansteuerung einer genannten Drosselklappe, einer genannten Hochdruckpumpe und/oder einer Nockenwellenphasenlage.
Offenbarung der Erfindung
Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, insbesondere im Hinblick auf einen nach erfolgtem Abstellen bzw. Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgenden Wiederanlauf der Brennkraftmaschine, liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass es zur Erreichung einer konsistenten Abstellposition der Kurbelwelle einer hier betroffenen Brennkraftmaschine, bezogen auf den oberen Totpunkt mit Zündung (ZOT), erforderlich ist, die Drehzahl im Auslauf der Brennkraftmaschine möglichst präzise zu kennen bzw. vorherzusagen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Drehzahl im Auslauf der Brennkraftmaschine anhand der Differenz von Quadratwerten im Auslauf der Brennkraftmaschine auftretender, unterschiedlicher Drehzahlen bestimmt bzw. prädiziert wird. Denn die Differenz dieser Quadratwerte stellt ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase dar.
Dadurch können die beim Auslauf der Brennkraftmaschine resultierenden Drehzahlen z. B. an empirisch vorgebbaren Kurbelwellenpositionen, z. B. bei 1440, ..., 720, 540, 360 und 180°KW vor einem bestimmten ZOT, anhand eines typischen, im Vorfeld bestimmten und vorgebbaren Auslaufverhaltens prädiziert werden. Ein typisches Auslaufverhalten kann darin bestehen, dass der Saugrohrdruck einer hier betroffenen Brennkraftmaschine auf 650 mbar eingeregelt wird, wobei ein an einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnetes Einlassventil bei 120°KW vor ZOT schließend angesteuert wird und wobei ein an dem Brennraum angeordnetes Auslassventil bei 148°KW nach ZOT öffnend angesteuert wird. Für bekannte typische Verläufe des zeitlichen Auslaufverhaltens wird auf der Grundlage einer an einem zuletzt überschrittenen ZOT gemäß Drehzahlprädiktion zu erwartenden Schlussdrehzahl, z. B. 175 U/min (rpm), eine jeweils höhere bzw. zeitlich vorgelagerte Zieldrehzahl rückwärts berechnet, welche durch den genannten Abbau der kinetischen Energie automatisch zur Wunschdrehzahl führt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Drehzahlprädiktion bzw. -vorhersage beruht insbesondere auf dem technischen Effekt, dass der genannte Energieabbau der kinetischen Energie im Auslauf einer hier betroffenen Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist. Da sowohl das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine konstant ist und auch das Schleppmoment der Brennkraftmaschine sich während des Auslaufs meist nicht ändert, stellt die genannte Differenz der Drehzahlquadrate ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase dar. Dieses Energieabbaumaß ist insbesondere für genannte verschiedene Kurbelwellenwinkel (°KW) bzw. den Zündabstand von einem oberen Totpunkt (ZOT) oder einem Vielfachen davon konstant.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zuverlässige Vorausberechnung bzw. Vorhersage (Prädiktion) der in einem bervorstehenden Auslauf der Brennkraftmaschine sich ergebenden Drehzahl und damit letztlich auch der Abstellposition der Kurbelwelle (KW) der Brennkraftmaschine. Diese Abstellposition entspricht insbesondere einer solchen KW-Position bzw. einem Kurbelwellenwinkel, der sich im Auslauf der Brennkraftmaschine einstellt, wenn insbesondere kein drehzahlbeeinflussender Eingriff bzw. keine Auslaufformung erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass bei der prädiktiven Berechnung der Drehzahl jeweils ein Auswertewinkel zugrunde gelegt wird, der möglichst winkelfehlerfrei ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass als Winkelwerte immer nur solche zwischen übereinstimmenden Zähnen eines KW-Geberrades herangezogen werden.
Die erfindungsgemäße Vorhersage kann insbesondere bereits sehr früh, d. h. z. B. einige tausend (1000) Grad Kurbelwellenwinkel vor dem eigentlichen Stillstand der Brennkraftmaschine, getroffen werden.
Durch die erfindungsgemäße Drehzahlvorhersage können zudem bereits früh im Motorauslauf drehzahlbeeinflussende bzw. drehzahlformende Eingriffe vorgenommen werden. Solche Eingriffe können an verschiedenen, das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine beeinflussenden Systemkomponenten, z. B. einer Drosselklappe, einer Hochdruckpumpe, einem Stromgenerator oder sogar einer Elektrokraftmaschine (E-Maschine) realisiert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beendigung des Auslaufs ein bestimmter Zylinder, sozusagen als Zielzylinder, als vor dem Stillstand zuletzt (aktiv) angesteuerter Zylinder erreicht wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abstellkomfort erheblich verbessert, da beim Auslauf der Brennkraftmaschine, anhand der prädizierten Drehzahl im Ergebnis die Abstellposition der Kurbelwelle zuverlässig erreicht wird.
Bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine (Ottomotor) kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere vorgesehen sein, dass vor einem Stoppbefehl bereits abgesetzte Kraftstoffzumessungen bzw. -einspritzungen zum Zeitpunkt des Stoppbefehls nicht mehr mit einem späten Zündwinkel (sogenannte „Brenngrenze”) verbrannt werden, jedoch die jeweiligen noch ausstehenden Zündwinkel so eingestellt werden, dass die Drehzahl z. B. an einem ZOT möglichst genau einer der rückwärts berechneten, an den ZOTs vorgesehenen Drehzahlen entspricht.
Bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Dieselmotor) kann insbesondere vorgesehen sein, dass durch geeignete Zumessung bzw. Einspritzung von Dieselkraftstoff ein solches Moment erzeugt wird, dass eine der rückwärts berechneten Drehzahlen an den jeweiligen ZOTs sicher erreicht wird.
Es ist hervorzuheben, dass die für eine fremdgezündete und eine selbstzündende Brennkraftmaschine eben genannten insbesondere vorgesehenen Verfahrensschritte mit den jeweils genannten Vorteilen ohne das Einbringen von zusätzlichem Kraftstoff und damit verbrauchs- und umweltschonend durchführbar sind.
Die Erfindung kann bei allen Brennkraftmaschinen zur Anwendung kommen, bei denen die Abstellposition der Kurbelwelle zu dem hierin beschriebenen Zweck, insbesondere zur Ermöglichung eines Start/Stop-Betriebs, beeinflusst werden kann, d. h. nicht nur bei Brennkraftmaschinen mit der Möglichkeit eines genannten Dekompressionsdirektstarts.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in einem Start-/Stopp-Betrieb oder in einem Hybridbetrieb, zu steuern.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch den Aufbau einer hier betroffenen, im Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine.
2 zeigt typische Drehzahlverläufe im Auslauf einer hier betroffenen Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit von Werten eines Kurbelwellenwinkels.
3 zeigt zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
4 zeigt eine beispielhafte Kennlinie des Energieabbaumaßes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt schematisch den Aufbau einer in DE 10 2014 204 086 A1 beschriebenen Brennkraftmaschine 10, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Diese Brennkraftmaschine 10 verfügt über einen Brennraum 20, dessen Volumen durch einen Kolben 30 begrenzt wird, der über eine Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 gekoppelt ist, und bei einer Rotation der Kurbelwelle in charakteristischer Weise eine Auf- und Ab-Bewegung durchführt. Ein Steuergerät (d. h. eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung) steuert in bekannter Weise verschiedene Stellglieder der Brennkraftmaschine 10 an, bspw. eine Drosselklappe 100, ein Einspritzventil 150, eine Zündkerze 120, und ggf. die Auf- und Abbewegung eines Einlassventils 160, das über einen ersten Nocken 180 mit einer Nockenwelle 190 verbunden ist, und/oder die Auf- und Ab-Bewegung eines Auslassventils 170, das über einen zweiten Nocken 182 an die Nockenwelle 190 gekoppelt ist. In der Brennkraftmaschine können in bekannter Art und Weise verschiedene Vorrichtungen zum Kontrollieren der Bewegung von Einlassventil 160 und/oder Auslassventil 170 vorgesehen sein, bspw. eine variable Nockenverstellung oder eine vollvariable, bspw. elektrohydraulische, Ventilverstellung.
Die Luft wird in bekannter Weise durch ein Ansaugrohr 80 angesaugt und durch ein Abgasrohr 90 ausgeschoben. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Einspritzventil 150 im Ansaugrohr 80. Es ist aber ebenso in bekannter Weise möglich, dass das Einspritzventil 150 unmittelbar in den Brennraum 20 einspritzt. Insbesondere, wenn das Einspritzventil 150 direkt in den Brennraum 20 einspritzt, kann eine Hochdruckpumpe vorgesehen sein, die Kraftstoff zum Einspritzventil 150 fördert, bspw. über ein Einspritzrail. Diese Hochdruck-Einspritzpumpe ist mit der Kurbelwelle 50 verbunden.
Die Kurbelwelle 50 ist über eine mechanische Kopplung 210 mit einer elektrischen Maschine 200 verbunden. Die elektrische Maschine 200 kann bspw. ein Generator sein, oder bspw. ein Starter-Generator. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine 200 ein konventioneller Starter ist und die mechanische Kopplung 210 in bekannter Weise einen Zahnkranz und ein Ritzel umfasst, mit dem der Starter eingespurt wird. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 220 kann vorgesehen sein, um die Winkelposition der Kurbelwelle 50 zu erfassen, und sie bspw. an das Steuergerät 70 zu übermitteln. Es ist bspw. aber auch möglich, dass die Winkelstellung ohne einen Kurbelwellenwinkelsensor 220, bspw. rechnerisch, ermittelt wird. Ebenso kann ein Kompressor einer Klimaanlage vorgesehen sein, der an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist (nicht dargestellt). Die Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe und/oder des Kompressors der Klimaanlage kann bspw. vom Steuergerät 70 durchgeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass eine Ölpumpe und/oder eine Kühlwasserpumpe an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist (nicht dargestellt).
2 illustriert die bei der nachfolgend beschriebenen, prädiktiven Drehzahlberechnung für zwei verschiedene Betriebssituationen („Fall 1„ und „Fall 2”) einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine zu berücksichtigenden Größen. In der 2 sind in Abhängigkeit von dem unten gezeigten Kurbelwellenwinkel KW in der Einheit [°] die entsprechende Winkelabhängigkeit zweier ZOT-Zähne, nämlich Zahn 17 und Zahn 47, dargestellt sowie der jeweils betroffene Zylinder (#Zylinder) 0, 1, 2, und 3. Darüber sind die bei den nachfolgenden Berechnungsbeispiel verwendeten Winkel bzw. Winkelbereiche α, β und δ entsprechend eingezeichnet.
Wie bereits erwähnt, wird dabei angenommen, dass der genannte Energieabbau der kinetischen Energie im Auslauf einer hier betroffenen Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist. Da das Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine ist konstant und das Schleppmoment der Brennkraftmaschine ändert sich während des Auslaufs meist nicht oder nur sehr geringfügig, stellt die genannte Differenz der Drehzahlquadrate ein zuverlässiges Maß für den Energieabbau in der Auslaufphase dar. Dieses Energieabbaumaß ist insbesondere für genannte verschiedene Kurbelwellenwinkel (°KW) bzw. den Zündabstand von einem oberen Totpunkt (ZOT) oder einem Vielfachen davon konstant.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass bei der prädiktiven Berechnung der Drehzahl jeweils ein Auswertewinkel zugrunde gelegt wird, der möglichst winkelfehlerfrei ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass als Winkelwerte immer nur solche zwischen übereinstimmenden Zähnen eines KW-Geberrades herangezogen werden, z. B. ein ZOT-Zahn 17 zu einem gleichlautenden ZOT-Zahn 17. Es ist hierbei anzumerken, dass die jeweiligen Winkel zwischen unterschiedlichen Zähnen des KW-Geberrades aufgrund von Fertigungstoleranzen beim Herstellungsprozess eines solchen Geberrades fehlerbehaftet sind. Die entsprechenden Winkelfehler können bis zu 5% betragen.
Die Aktualisierung der jeweils prädizierten Drehzahlwerte erfolgt in dem Ausführungsbeispiel alle 180°KW, d. h. der sogenannte Aktualisierungswinkel δ beträgt hier 180°KW. Es ist jedoch prinzipiell möglich, kleinere oder größere Werte des Aktualisierungswinkels δ zu wählen, wobei die Wahlentscheidung von der jeweils beabsichtigten Verwendung der prädizierten Drehzahl abhängt.
Bevorzugt erfolgt die Drehzahlbildung an den jeweiligen oberen Totpunkten der Kurbelwelle, z. B. an den oberen Zündtotpunkten (ZOT).
Im Auslauf der Brennkraftmaschine ist der Energieabbau ΔE proportional zum Schleppmoment M_S der Brennkraftmaschine und dem Massenträgheitsmoment θ, d. h. es gelten die folgenden Zusammenhänge: ΔE = M_S·Δφ_ZA E₂ – E₁ = M_S·Δφ_ZA θ/2(ω₂ ² – ω₁ ²) = M_S·Δφ_ZA woraus wiederum folgt: Δn² = n₂ ² – n₁ ² = 10/π·M_S/θ·Δφ_ZA bzw. durch einfache Umformung für den sogenannten Auslaufkoeffizient M_S/θ in der Einheit [Nm/kg·m²]: M_S/θ = π/10·Δn²/Δφ_ZA
In diesen Gleichungen bedeuten die Größen M_S das Schleppmoment in der Einheit [Nm], Δφ_ZA den Zündabstand in der Einheit [°KW], welcher bei einer vierzylindrige Brennkraftmaschine z. B. die bereits genannten 180°KW beträgt, die Größe θ das Massenträgheitsmoment der am Auslauf beteiligten Massen der Brennkraftmaschine und n die Drehzahl der Brennkraftmaschine in der Einheit [U/min].
Wie bereits erwähnt, sind die Winkel zwischen unterschiedlichen Zähnen eines hier betroffenen KW-Geberrades aufgrund von Fertigungstoleranzen fehlerbehaftet. So bedeuten typische Winkelfehlerwerte von bis zu 5% bei einem Soll-Winkelabstand von z. B. 6°KW einem absoluten Winkelfehler von ±0,3°KW. In 2 sind winkelfehlerfreie, d. h. nicht mit einem Winkelfehler behaftete Winkel mit α bezeichnet.
Bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine gibt es bei der Vorhersage der Drehzahl grundsätzlich zwei Möglichkeiten, nämlich die Prädiktion der Drehzahl beim Auslauf der Brennkraftmaschine zum (nachfolgenden) Zeitpunkt des Vorliegens von 180°KW (Fall 1) oder zum Zeitpunkt des Vorliegens von 720°KW (Fall 2), wie in 2 zu ersehen.
Der entsprechende Prädiktionswinkel wird im folgenden mit β bezeichnet und entspricht im genannten Fall 1 dem Zündabstand selbst oder im Fall 2 dem Zündabstand zwischen ein und demselben Zylinder, d. h. bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine 4·180°KW = 720°KW.
Um im Fall 1, d. h. bei 180°KW, die Drehzahl prädizieren zu können, werden Informationen aus dem vorherigen Winkelbereich von 540°KW benötigt. Dieser Winkelbereich wird im Folgenden als Ergebniswinkel γ bezeichnet und wird wie folgt berechnet: γ = α + β = 360°KW + 180°KW = 540°KW
Um im Fall 2, d. h. bei 720°KW, die Drehzahl prädizieren zu können, werden Informationen aus dem vorherigen Winkelbereich von 1080°KW benötigt. Dieser wiederum als Ergebniswinkel γ bezeichnete Winkelbereich wird wie folgt berechnet: γ = α + β = 360°KW + 720°KW = 1080°KW
Es ist anzumerken, dass die optionale Prädiktion der Drehzahl mittels des Prädiktionswinkels β = 720°KW zu bevorzugen ist, wenn bereits die hierfür notwendigen Informationen aus der Vergangenheit, d. h. bei einem Ergebniswinkel von γ = 1080°KW im „unbefeuerten” Auslauf der Brennkraftmaschine vorliegen, da dann etwa vorliegende zylinderindividuelle Unterschiede im Schleppmoment sich nicht im Prädiktionsergebnis widerspiegeln können.
Dagegen ist die Prädiktion der Drehzahl mittels des Prädiktionswinkels β = 180°KW zu bevorzugen, wenn nur wenige Informationen aus der Vergangenheit, d. h. bei einem Ergebniswinkel von γ = 540°KW, im „unbefeuerten” Auslauf der Brennkraftmaschine vorliegen.
In der 3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Drehzahlprädiktion einer hier betroffenen Brennkraftmaschine dargestellt, und zwar für die oben genannten beiden Fälle 1 und 2. In diesen Ausführungsbeispielen bedeuten die Größe „n” die Drehzahl der Brennkraftmaschine in der Einheit [U/min] und die Größe „i” einen Zähler für das Überschreiten der Kurbelwellendrehung eines jeweiligen genannten ZOT. In beiden Ausführungsbeispielen ist eine vierzylindrige Brennkraftmaschine angenommen, d. h. der Winkel zwischen zwei ZOT beträgt 180°KW.
In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird zunächst für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im ZOT_i die beschriebene prädizierte Drehzahl der Brennkraftmaschine n_i auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360°KW berechnet 400 und zwischengespeichert 402. In Schritt 405 wird die für einen vorhergehenden ZOT_i-1, d. h. in dem vorliegenden Beispiel für den Prädiktionswinkel β = 180°KW bereits berechnete 410 und ebenfalls zwischengespeicherte 415 prädizierte Drehzahl n_i-1 ausgelesen.
Auf der Grundlage der beiden Drehzahlwerte n_i und n_i-1 wird in Schritt 420 das genannte, konstante Energieabbaumaß DNQ_180°KW seit dem letzten Betriebszustand bei β = 180°KW berechnet, d. h. die Differenz der Drehzahlquadrate gemäß der Beziehung DNQ_180°KW = Δn² _180°KW = n² _i-1 – n² _i. Daraus ergibt sich als Ergebniswinkel γ = α + β = 540°KW, der einem vergangenen Winkel entspricht, der dem Prädiktionsergebnis zugrunde liegt. Auf der Grundlage des so berechneten Energieabbaumaßes wird das Drehzahlquadrat n² _i+1 für den nächsten (verschiedenen) ZOT_i+1 prädiziert 425, d. h. für β = 180°KW gemäß n² _i+1 = n² _i – DNQ_180°KW. Durch Ziehen der Wurzel ergibt sich daraus die prädizierte Drehzahl n_i+1 für den nächsten (verschiedenen) ZOT_i+1 berechnet 430.
Wie durch eine gestrichelte Linie 435 angedeutet, werden mit dem optionalen Schritt 440 in entsprechender Weise weitere in der Zukunft liegende prädizierte Drehzahlen n_i+j (mit j = 2, 3, 4, ...) für weitere ZOTs berechnet, und zwar solange, bis die sich ergebenden Drehzahlen n_i+j nicht mehr erreichbare Werte kleiner Null haben, und zwar gemäß der Beziehung: n_i+j = (n² _i – j·DNQ_180°KW)^0.5.
Der letzte Schritt 445 entspricht einer Warteschleife, wobei solange gewartet wird, bis der nächste (verschiedene) ZOT erreicht ist, d. h. der Aktualisierungswinkel δ = 180°KW vorliegt, der vergeht, bis ein aktualisiertes Ergebnis vorliegt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wiederum gemäß 3 wird wiederum zunächst im aktuellen ZOT_i die Drehzahl n_i auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360°KW berechnet 400 und zwischengespeichert 402. In Schritt 405 wird die für einen vorhergehenden übereinstimmenden ZOT_i-4, d. h. in dem vorliegenden Beispiel für den Prädiktionswinkel β = 720°KW auf der Grundlage des letzten winkelfehlerfreien Drehzahlbildungswinkels α = 360°KW berechnete 410 und ebenfalls zwischengespeicherte 415 prädizierte Drehzahl n_i-4 ausgelesen.
Auf der Grundlage der beiden Drehzahlwerte n_i und n_i-4 wird in Schritt 420 wiederum das konstante Energieabbaumaß DNQ_720°KW des letzten Prädiktionswinkels β = 720°KW berechnet, d. h. die Differenz der Drehzahlquadrate gemäß der Beziehung DNQ_720°KW = Δn² _720°KW = n² _i-4 – n² _i. Daraus ergibt sich in diesem Beispiel als Ergebniswinkel γ = α + β = 1080°KW, der wiederum einem vergangenen Winkel entspricht, der dem Prädiktionsergebnis zugrunde liegt. Auf der Grundlage des so berechneten Energieabbaumaßes wird das Drehzahlquadrat n² _i+4 für den nächsten gleichen bzw. übereinstimmenden ZOT_i+4 prädiziert 425, d. h. für β = 720°KW gemäß n² _i+4 = n² _i – DNQ_720°KW. Durch Ziehen der Wurzel ergibt sich daraus die prädizierte Drehzahl n_i+4 für den nächsten gleichen ZOT_i+4 berechnet 430.
Wie auch hier durch eine gestrichelte Linie 435 angedeutet, werden mit dem optionalen Schritt 440 in entsprechender Weise weitere in der Zukunft liegende prädizierte Drehzahlen n_i+j (mit j = 8, 12, 16, ...) für weitere ZOTs berechnet, und zwar solange, bis die sich ergebenden Drehzahlen n_i+j nicht mehr erreichbare Werte kleiner Null haben, und zwar gemäß der Beziehung: n_i+j = (n² _i – j·¼·DNQ_720°KW)^0.5.
Der letzte Schritt 445 entspricht wiederum einer Warteschleife, wobei solange gewartet wird, bis der nächste (verschiedene) ZOT erreicht ist, d. h. der Aktualisierungswinkel δ = 180°KW vorliegt, der vergeht, bis ein aktualisiertes Ergebnis vorliegt.
Wie bereits erwähnt, ist der Energieabbau im Auslauf der Brennkraftmaschine, ausgehend von einem Leerlaufniveau bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine, zwischen zwei ZOTs im Wesentlichen konstant. Jedoch werden bei einem Auslauf in der Regel viele ZOTs überschritten. Hierbei wurde erkannt, dass der Energieabbau über sehr viele ZOTs hinweg mit abnehmender Drehzahl leicht ansteigt, wie aus der in 4 gezeigten beispielhaften Kennlinie 600 zu ersehen ist, in der das genannte Energieabbaumaß in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine aufgetragen ist.
Dieser Anstieg wird durch die mit abnehmender Drehzahl zunehmende Bedeutung von Luftleckagen in den Zylindern der Brennkraftmaschine und der dadurch vergrößerten Zeit, die ein Kolben für den Kompressionshub und Expansionshub benötigt, hervorgerufen. Denn die Brennräume sind nicht vollständig dicht, sondern weisen eine bestimmte Leckagefläche auf, über die die im Auslauf in den Zylindern in der Kompressionsphase in Form von komprimierter Luft gespeicherte potentielle Energie in der Expansionsphase nicht vollständig zurückgewonnen werden kann.
Daher ist es vorteilhaft, diesen für Hubkolbenmotoren bei abnehmender Drehzahl unterhalb des Leerlaufniveaus auftretenden, charakteristischen Anstieg des Energieabbaus in eine Kennlinie abzulegen, damit dieser Effekt bei der beschriebenen, prädiktiven Drehzahlberechnung anhand einer Kennlinienkorrektur berücksichtigt werden kann. Mit dem beschriebenen Prädiktionsalgorithmus und der Kennlinienkorrektur ist es insbesondere möglich, die am Ende des Motorauslaufs vorliegende Drehzahl bereits in einer sehr frühen Phase des Motorauslaufs sehr genau vorherzusagen.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014204086 A1 [0002, 0027]
DE 102011006288 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, wobei der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem Auslauf der Brennkraftmaschine so beeinflussbar ist, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Winkelbereich einer Kurbelwelle zum Stillstand kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl beim Auslauf der Brennkraftmaschine anhand der Differenz von Quadratwerten (420) von im Auslauf der Brennkraftmaschine auftretenden Drehzahlen (400, 410) prädiktiv bestimmt wird (430).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Quadratwerte (420) als ein Maß für den Energieabbau der Brennkraftmaschine in der Auslaufphase verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auslauf der Brennkraftmaschine resultierende Drehzahlen (400, 410) an vorgebbaren Positionen der Kurbelwelle vor einem vorgebbaren oberen Totpunkt mit Zündung der Kurbelwelle anhand eines vorgebbaren Auslaufverhaltens bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für vorgebbare Verläufe des zeitlichen Auslaufverhaltens auf der Grundlage einer an einem zuletzt überschrittenen oberen Totpunkt mit Zündung zu erwartenden Schlussdrehzahl eine jeweils höhere oder zeitlich vorgelagerte Zieldrehzahl rückwärts berechnet wird, welche automatisch zu einer Wunschdrehzahl führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der prädiktiven Bestimmung der Drehzahl ein Auswertewinkel zugrunde gelegt wird, der möglichst winkelfehlerfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Auswertewinkel nur Winkelwerte zwischen übereinstimmenden Zähnen eines Kurbelwellen-Geberrades herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer frühen Phase des Auslaufs der Brennkraftmaschine drehzahlbeeinflussende oder drehzahlformende Eingriffe an Systemkomponenten der Brennkraftmaschine vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Auslaufs der Brennkraftmaschine ein bestimmter Zylinder als vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine zuletzt angesteuerter Zylinder erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Stoppbefehl einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine bereits abgesetzte Kraftstoffzumessungen zum Zeitpunkt des Stoppbefehls nicht mehr mit einem späten Zündwinkel verbrannt werden und die jeweiligen Zündwinkel so eingestellt werden, dass die Drehzahl möglichst genau einer der rückwärts berechneten Drehzahl entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete Zumessung von Dieselkraftstoff bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ein solches Moment erzeugt wird, dass eine der rückwärts berechneten Drehzahlen sicher erreicht wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine Brennkraftmaschine mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zu steuern.