DE102015202949A1

DE102015202949A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors

Info

Publication number: DE102015202949A1
Application number: DE102015202949.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Gustmann; Reimer Selle; Michael Heise; Anandhalingam Saravanalingam; Ruediger Fehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2016-08-18
Also published as: JP2016151275A; CN105888863A; US20160237933A1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors mit den folgenden Schritten bereit: eine Erzeugung eines zeitdiskreten Signales durch Messung einer Zustandsgröße des Hubkolbenmotors mittels eines Sensors (11) und einer zugehörigen Auswerteschaltung, eine Überlagerung (13) des Signales mit einem durch zeitliches Differenzieren des Signales gewonnenen Summandensignal oder Filterung des Signales derart, dass eine Amplitude des Signales selektiv bei Nutzfrequenzen des Signales vergrößert oder verkleinert wird, und eine Weiterverarbeitung des überlagerten Signales durch eine auf mindestens einen Zylinder bezogene Anwenderfunktion (14). Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
Für anspruchsvolle Antriebe mit Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren bilden zylinderindividuelle Funktionen wie Zylindergleichstellung und Beobachtung von Drehungleichförmigkeiten einen wichtigen Teil bekannter Motorsteuerungen. Dazu werden nach dem Stand der Technik beispielsweise die Amplituden signifikanter Signale wie Drehzahl oder relativer Sauerstoffgehalt bei Nockenwellenfrequenz und deren Vielfachen ausgewertet.
So betrifft DE 19 2005 057 975 A1 ein Verfahren zur zylinderindividuellen Steuerung der Kraftstoff- und/oder Luftmenge einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein Signal, das durch die Verbrennung beeinflusst wird oder eine Größe betrifft, die Einfluss auf die Verbrennung hat, und zeitlich gegeneinander versetzte Informationen von allen Zylindern enthält, ausgewertet wird, indem durch zylinderindividuelle Unterschiede verursachte Schwingungsanteile im Frequenzbereich ermittelt und für ausgewählte Frequenzen getrennt geregelt werden, und pro auszuregelnder Frequenz ein Amplitudenregler, der die Amplitude eines Korrektureingriffs bestimmt, und ein Phasenregler, der die Zuordnung eines Eingriffsmusters bezüglich der Zylinder bestimmt, vorgesehen sind.
Ferner offenbart EP 1178202 B1 ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine, wobei ausgehend von wenigstens einer Messgröße eine Stellgröße vorgegeben, die Messgröße mit wenigstens einem Filtermittel gefiltert, ausgehend von der gefilterten Messgröße Istwerte und/oder Sollwerte der Regelung ermittelt, der Stellgröße eine Anregungsgröße überlagert und schließlich ausgehend von der daraus resultierenden Reaktion der Messgröße Eigenschaften der Filtermittel bestimmt werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in seiner Eignung, die unterschiedlichen Übertragungseigenschaften bezüglich des Hauptmerkmals der Drehunförmigkeit zu kompensieren und Nutzamplituden anzupassen, ohne die Mittelwerte zu verändern. Zur Erfassung der Signale, die die Träger der Nutzinformation für unterschiedliche Funktionen sind, können so unterschiedliche Signalerfassungssysteme mit unterschiedlichem Übertragungsverhalten verwendet werden. Der Aufwand der Funktionsanpassung oder erneuten Parametrisierung lässt sich auf diese Weise gegenüber herkömmlichen Ansätzen verringern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann mindestens ein Applikationsparameter die vorgeschlagene Überlagerung beeinflussen. Eine derartige Parametrisierung verleiht dem vorgeschlagenen Verfahren ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit.
Ferner mag der Überlagerung eine Filterung des Messsignales vorausgehen. Ein etwaiges Rauschen des Signales lässt sich auf diesem Wege weitgehend unterdrücken. Zu denken ist insbesondere an gleitende Mittelwertbildung über drei aufeinanderfolgende Abtastwerte oder ein PT2-Übertragungsglied. Ähnliche Wirkung erreicht man durch Ordnungsfilter, deren Verstärkung jeweils für die Nutzfrequenzen angepasst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der nachgelagerten Anwenderfunktion um die Beobachtung einer Drehungleichförmigkeit an einer Kurbelwelle des Hubkolbenmotors. In diesem Fall erlauben gezielte Gegenmaßnahmen die Verringerung drohender Torsions-Schwingungen im nachgeschalteten Antriebsstrang, die andernfalls zu unangenehmen Motorgeräuschen führen könnten. Der Einsatz zusätzlicher Zweimassenschwungräder oder Torsionsschwingungs-Dämpfer lässt sich so vermeiden.
Als abzutastende Zustandsgröße eignet sich im Falle handelsüblicher Verbrennungsmotoren insbesondere das Verbrennungsluftverhältnis, wie es mittels einer dem Fachmann vertrauten Lambdasonde gemessen wird. Die Qualität der Verbrennung und gegebenenfalls katalytische Abgasreinigung lassen sich auf diese Weise gezielt optimieren, um die Abgabe von Schadstoffen wie Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Ruß zu minimieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt den Datenfluss im Rahmen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt das Amplitudenspektrum eines gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufbereiteten Signales.
3 zeigt das Amplitudenspektrum des gemäß der ersten Ausführungsform aufbereiteten Signales.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert anhand eines Datenflussdiagrammes die schematisch vereinfachte Wirkungsweise eines Verfahrens 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Den Ausgangspunkt des Verfahrens 10 bildet hierbei eine Zustandsgröße – etwa Verbrennungsluftverhältnis oder Drehzahl – eines gattungsgemäßen Verbrennungsmotors, welche mittels eines herkömmlichen Sensors 11 gemessen wird.
Eine Motorsteuerung empfängt diesbezügliche Messwerte in Form eines zeitlich veränderlichen Signales, das durch eine vorzugsweise periodische Abtastung – beispielsweise mit einer Rate von 500 Hz – in ein zeitdiskretes Signal überführt wird.
Das Signal wird sodann einer Filterung 12 unterzogen, bevor es mit einem durch zeitliches Differenzieren des Signales gewonnenen Summandensignal überlagert wird. Unter dem Einfluss verschiedenster Applikationsparameter 15 werden auf diese Weise – gleichsam im Sinne einer „Boost-Funktion” – Nutzamplituden vergrößert.
Schließlich erfolgt eine Weiterverarbeitung des überlagerten Signales durch eine zylinderindividuelle Anwenderfunktion 14, wobei insbesondere eine Zylindergleichstellung oder Beobachtung von Drehungleichförmigkeiten durch die Motorsteuerung in Betracht kommt.
Die Auswirkungen dieses Ansatzes seien nunmehr anhand der 2 und 3 erläutert, welche Amplitudenspektren A(f) des Signals Pumpstrom I_p eines exemplarischen Mehrzylindermotors wiedergeben. Das zugrunde gelegte Signal wird hierbei von einer in Zylinderbank, Abgaskrümmer oder Sammelrohr des Verbrennungsmotors eingeschraubten Lambdasonde bei einer Motordrehzahl von 2500 min^–1 und einem Massenstrom von 90 kg/h geliefert und vom – abbildungsgemäß in der Einheit mA angegebenen – Pumpstrom I_p der Sonde getragen.
In der optionalen Ausführungsform der 2 wird hierbei auf eine der Überlagerung 13 vorangehende Filterung 12 des Signales verzichtet. Hier ergibt sich bei der Nutzfrequenz f_NW = 20,8 Hz eine Spitze-Spitze-Amplitude A(f_NW) = 0,13309 mA, während die Störfrequenzen um f_NW = 80 Hz auf A(79,25 Hz) = 0,02547 mA Unterdrückt wird.
Ähnlich verhält es sich im Beispiel gemäß 3. Der Amplitudenvergrößerung geht hier eine Filterung 12 des Signales durch gleitende Mittelwertbildung über drei aufeinanderfolgende Abtastwerte I_p voran, die bei der Nutzfrequenz f_NW = 20,8 Hz eine Spitze-Spitze-Amplitude A(f_NW) = 0,13212 mA liefert. Die Störfrequenzen werden hier sogar auf A(79,25 Hz) = 0,01027 mA unterdrückt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 192005057975 A1 [0003]
EP 1178202 B1 [0004]

Claims

Verfahren (10) zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – eine Erzeugung eines zeitdiskreten Signales durch Messung einer Zustandsgröße des Hubkolbenmotors mittels eines Sensors (11) und einer zugehörigen Auswerteschaltung, – eine Überlagerung (13) des Signales mit einem durch zeitliches Differenzieren des Signales gewonnenen Summandensignal oder Filterung des Signales derart, dass eine Amplitude des Signales selektiv bei Nutzfrequenzen des Signales vergrößert oder verkleinert wird, und – eine Weiterverarbeitung des überlagerten Signales durch eine auf mindestens einen Zylinder bezogene Anwenderfunktion (14).
Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Applikationsparameter (15) die Überlagerung (13) beeinflusst.
Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlagerung (13) eine Filterung (12) des Signales vorangeht.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal vor der Überlagerung (13) mindestens eines der folgenden Filter durchläuft: – ein Mittelwertfilter, – ein PT2-Übertragungsglied oder – ein Ordnungsfilter.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwenderfunktion (14) eine Gleichstellung der Zylinder umfasst.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwenderfunktion (14) eine Beobachtung einer Drehungleichförmigkeit an einer Kurbelwelle des Hubkolbenmotors umfasst.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Hubkolbenmotor ist ein Verbrennungsmotor, – der Sensor (11) ist eine Lambdasonde und – die Zustandsgröße ist ein Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors.
Vorrichtung zum Steuern eines mehrere Zylinder umfassenden Hubkolbenmotors, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Mittel zum Empfangen von Messwerten einer Zustandsgröße des Hubkolbenmotors in Form eines zeitlich veränderlichen Signales, – Mittel zum Überlagern des Signales mit einem durch zeitliches Differenzieren des Signales gewonnenen Summandensignal oder Filtern des Signales derart, dass eine Amplitude des Signales selektiv bei Nutzfrequenzen des Signales vergrößert oder verkleinert wird, und – Mittel zum Ausführen einer auf mindestens einen Zylinder bezogenen Anwenderfunktion (14), welche das überlagerte Signal weiterverarbeitet.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.