DE102024201885A1

DE102024201885A1 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102024201885A1
Application number: DE102024201885.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Wirth; Jens Boettcher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-02-29
Filing date: 2024-02-29
Publication date: 2025-09-04
Also published as: CN120557045A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1) vorgeschlagen, bei dem ein Signal eines Drucksensors (9) in einem Abgasstrang (6) der Brennkraftmaschine (1) ausgewertet wird. Das Drucksignal wird hinsichtlich der Standardabweichung des Drucksignals in Vergleich zu einem gleitenden Durchschnitt des Drucksignals über mehrere Verbrennungen hinweg ausgewertet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Steuerung von Brennkraftmaschine bekannt, bei denen Sensorsignale herangezogen werden. Weiterhin sind Drucksensoren im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine bekannt, die typischerweise herangezogen werden, um die Qualität von Abgaskomponenten, insbesondere einen Abgasgegendruck von Abgasreinigungskomponenten, zu beurteilen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass mit besonders einfachen Mitteln eine Steuerung der Brennkraftmaschine mittels eines Drucksensors im Abgasstrang der Brennkraftmaschine erfolgt. Durch Auswertung des Signals eines Drucksenders im Abgasstrang kann eine Bewertung der Qualität der Verbrennung in der Brennkraftmaschine erfolgen. Es kann so ein ohnehin im Abgasstrang vorgesehene Drucksensor herangezogen werden, um die Qualität der Verbrennung in der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Durch die Ermittlung eines Mittelwerts vor dem Start kann der relevante Anteil des gemessenen Drucksignals besser betrachtet werden. Die Ermittlung des Mittelwert vor dem Start kann besonders einfach abgeschlossen sein, wenn das Drucksignal einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Durch die Bildung des gleitenden Mittelwerts wird ein geeignetes Signal zum Vergleich mit den gemessenen Drucksignal ermittelt. Dies wird dann aus Gründen der Einfachheit einfach mit der Standardabweichung der gemessenen Drucksignale verglichen. Um eine gute Beurteilung zu ermöglichen, wird dabei der Absolutwert oder Betrag betrachtet. Ein sinnvoller Qualitätswert für die Verbrennung wird dann ermittelt, indem die Standardabweichung im Verhältnis zum gleitenden Mittelwert gesetzt wird. Dabei können verschiedene Korrekturfaktoren berücksichtigt werden, die zu einer Anpassung des Qualitätswerts in einen leichtinterpretierbaren Bereich führen. Die Interpretation wird auch verbessert, indem der Qualitätswert auf einen Bereich zwischen 0 % und 100 % begrenzt wird.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine, und
2 ein gemessenes Drucksignal und ein gleitender Mittelwert des Drucksignals.

Beschreibung
In der 1 wird schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, die einen Zylinder 2 und einen im Zylinder 2 angeordneten Kolben 3 aufweist. Von dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 wird ein Brennraum 4 definiert, in denen durch eine Luftzuführung 5 Luft und durch nicht dargestellte Mittel, beispielsweise ein Einspritzventil, Kraftstoff eingebracht wird. Nach der Verbrennung im Brennraum 4 werden die verbrannten Abgase durch einen Abgasstrang 6 von dem Brennraum 4 weggeführt. Der Brennraum 4 ist mittels eines Luft-Einlassventils 7 mit der Luftzuführung 5 und mit einem Abgasauslassventil 8 mit dem Abgasstrang 6 verbunden. Im Abgasstrang 6 ist ein Drucksensor 9 angeordnete, durch den der Druck im Abgasstrang 6 gemessen wird. Weiterhin ist noch ein Rechner 10 vorgesehen, durch den alle Verbrennungsvorgänge der Brennkraftmaschine 1 gesteuert werden, insbesondere wird die Menge an zugeführte Luft und Kraftstoff durch die Steuerung 10 kontrolliert. Weiterhin wertet der Rechner 10 auch die Signale aller Sensoren, beispielsweise auch des Drucksensors 9 im Abgasstrang 6, aus.
Die Brennkraftmaschine 1 nach der 1 ist somit eine typische Diesel- oder Otto-Brennkraftmaschine. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 1 typischerweise mehrere Zylinder, beispielsweise vier Zylinder auf. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch für einen Einzylindermotor verwendet werden. Weitere übliche Mittel zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 wie beispielsweise eine Drosselklappe zu Beeinflussung der Strömung durch die Luftzuführung 5 oder Mittel zur Reinigung des Abgases werden aus Gründen der Vereinfachung in der 1 nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Erfindung ohne Bedeutung sind.
Durch Auswertung des Signals des Drucksensors 9 im Abgasstrang 6 kann eine Bewertung der Verbrennungen im Brennraum 4 erfolgen, die dann für eine Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird. Insbesondere lässt sich so die Qualität der Verbrennung im Brennraum 4 beurteilen.
Die Bewertung der Verbrennung im Brennraum 4 wird anhand der 2 erläutert. In der 2 wird der gemessene Druck vom Drucksensor 9 im Abgasstrang 6 gegenüber der Zeit t aufgetragen. Gezeigt werden ein gleitender Mittelwert des Drucksignals über mehrere Verbrennungen hinweg (durchgehende Kurve) und das jeweils gemessene Drucksignal (Kurve mit stärkeren Variationen) einzelner Verbrennungen. 2 zeigt dabei einen Start der Verbrennung zum Zeitpunkt t0. Da es vor dem Start der Brennkraftmaschine nicht zu Verbrennungsvorgängen im Brennraum 4 kommt, ist der Druck im Wesentlichen konstant und entspricht näherungsweise dem Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine. Durch eine Drehung des Motors durch einen Starter und einem entsprechenden Öffnen und Schließen des Lufteinlassventil 7 und des Abgasauslassventils 8 wirkt der Motor jedoch als Luftpumpe, so dass es gegenüber dem Luftdruck zu einer geringfügigen Druckerhöhung auch im Abgasstrang 6 kommt. Diese geringfügige Druckerhöhung wurde hier aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt. Zum Zeitpunkt T0 erfolgt ein Start der Brennkraftmaschine 1, d.h. ab diesem Zeitpunkt treten Verbrennungen in den Brennraum 4 auf. Diese führen unmittelbar zu Druckerhöhungen im Abgasstrang 6, die von dem Drucksensor 9 als Drucksignal pExht gemessen werden (Exht steht hier für exhaust).
Aus diesem Drucksignal pExht wird vor dem Zeitpunkt t0 kontinuierlich beispielsweise durch eine Tiefpassfilterung ein Mittelwert für den Druck pExhtMeanZero vor dem Start der Brennkraftmaschine ermittelt. Eine derartige Tiefpassfilterung kann beispielsweise auch durch eine entsprechende Summenbildung erfolgen: $pExhtMeanZero = (\sum_{n} pExht) /n .$
Sobald das Drucksignal pExht einen Minimalwert pExhtMeanMin überschreitet, wird die Bildung des Mittelwerts des Drucks vor dem Start pExhtMeanZero beendet und der Wert von pExhtMeanZero als Referenzwert für die weiteren Berechnungen gespeichert.
Nach dem Zeitpunkt0 erfolgt kontinuierlich die Berechnung eines gleitenden Mittelwert pExhtDeltaMean. Dabei werden nur die Signalanteile berücksichtigt, die den Mittelwert vor dem Start übersteigen. Die Berechnung des gleitenden Mittelwerts erfolgt durch die Formel: $pExhtDelta Mean = \sum_{m} (pExht - pExhtMeanZero) /m .$
Typischerweise erfolgt die Berechnung des gleitenden Mittelwerts über die Anzahl der Zylinder, d.h. für eine Vierzylindermaschine wäre der Wert von m=4.
Weiterhin wird aus dem Drucksignal pExht eine Standardabweichung Sigma (σ) des Drucksignals berechnet. Dazu wird die Differenz des Drucksignals pExht vom gleitenden Mittelwert pExhtDeltaMean gebildet, es wird der Absolutwert oder Betrag dieser Differenzen gebildet und es wird die Summe über mehrere Messwerte relativ zur Anzahl der Messwerte gebildet. Zur Bildung des Absolutwerts wird typischerweise eine Quadrierung und anschließende Wurzelziehung verwendet: $σ = {[\sum_{m} {(pExht - pExhtDeltaMean)}^{2}]}^{1/2} /m$
Die Standardabweichung Sigma wird dann in einem Verhältnis gesetzt zum gleitenden Mittelwert um ein Qualitätsmaß Q abzuleiten, wobei dabei noch Anpassungsparameter C1, C2, C3, berücksichtigt werden: $Q = C1 - {C2}^{*} σ / (pExhtDeltaMean - C3)$
Durch die Anpassungsparameter C1, C2, C3 kann eine Anpassung des Qualitätsmaß Q in einen gewünschten Bereich erzielt werden.
Der Anpassungsparameter C3 entspricht typischerweise dem bereits zuvor verwendeten Mindestwert für den Druckanstieg pExhtMeanMin, bei dem die Berechnung des Mittelwert vor dem Start abgebrochen wurde. Durch eine Wahl dieses Anpassungsparameters T3 bzw. pExhtMeanMin wird somit festgelegt, ab wann ein relevanter Druckunterschied für die Berechnung des Qualitätsmaß gegeben ist.
Der Anpassungsparameter C2 stellt einen systemabhängigen Verstärkungsfaktor im Bereich zwischen 50 bis 200 zur Verfügung. Es wird so eine Anpassung des Wert Q in einem sinnvoll verständlichen Bereich erreicht.
Der Anpassungsparameter C1 ist typischerweise ein Prozentwert zwischen 100 % und 120 % und dient ebenfalls zur Einstellung des Wertes für Q in einem sinnvollen Bereich. Dieser Wert mit muss passend zum Verstärkungsfaktor C2 gewählt werden. Weiterhin kann für die Interpretierbarkeit des Wertes von Q noch eine Begrenzung auf Werte in einem Wertebereich zwischen 0 % und 100 % erfolgen: $Q = min {max [C1 - {C2}^{*} σ / (pExthDeltaMean - C3);0];100 %]}$
Durch Wahl der geeigneten Parameter C1, C2, C3 kann so erreicht werden, dass nach einem Start der Verbrennung eine qualitativ hochwertige Verbrennung schnell einen Wert zwischen 95 % und 100 % erreicht.
Eine Bewertung der Verbrennungsqualität Q kann dann einfach durch Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwert für die Qualität Q beispielsweise bei 80 % erreicht werden. Wenn eine zu schlechte Verbrennungsqualität Q erreicht wird, werden entsprechende Gegenmaßnahmen, beispielsweise durch Beeinflussung der Zündung oder Luft-Kraftstoffzusammensetzung ausgelöst, um die Verbrennungsqualität Q in einen akzeptablen Bereich zu bringen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1), bei dem ein Signal eines Drucksensors (9) in einem Abgasstrang (6) der Brennkraftmaschine (1) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal hinsichtlich der Standardabweichung des Drucksignals in Vergleich zu einem gleitenden Durchschnitt des Drucksignals über mehrere Verbrennungen hinweg ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal vor einem Start der Brennkraftmaschine (1) gemessen wird, dass aus dem gemessenen Drucksignal vor dem Start ein Mittelwert vor dem Start gebildet wird und dass der Mittelwert vor dem Start für die Auswertung des Drucksignals nach dem Start herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Mittelwerts vor dem Start beendet wird, wenn das Drucksignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des gleitenden Mittelwerts eine Differenz der gemessenen Drucksignale und des Mittelwerts vor dem Start gebildet wird, und dass die Differenz über alle Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) gemittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Standardabweichung des Drucksignals berechnet wird, indem eine Differenz von gleitendem Mittelwert und Drucksignal gebildet wird, dass von dieser Differenz ein Absolutwert gebildet wird, und dass eine Summe dieser Absolutwerte berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Qualitätswert für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine gebildet wird, indem die Standardabweichung in ein Verhältnis zum gleitenden Mittelwert gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des Qualitätswerts (Q) durch Koeffizienten unterstützt wird, indem für die Ermittlung des Qualitätswert von dem gleitenden Mittelwert ein Korrekturwert C3 abgezogen wird, der dem Schwellwert für die Ermittlung des Mittelwerts vor den Start entspricht, dass das Verhältnis mit einem Verstärkungsfaktor C2 multipliziert wird und dass die Differenz zu einem Bereichsfaktor gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor C2 in einem zwischen 50 und 200 und der Bereichsfaktor in einem Bereich von 100% bis 120% gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätswert (Q) auf einen Bereich zwischen 0% und 100% begrenzt wird.