DE10213138B4 - Method, computer program, control and / or regulating device for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem bei der Bestimmung eines Drucks (ps) in einem stromaufwärts von einem Einlassventil (22) gelegenen Bereich (20) eine Frischluftfüllung (rl) eines Brennraums (16) oder bei der Bestimmung der Frischluftfüllung (rl) des Brennraums (16) der Druck (ps) in dem stromaufwärts von dem Einlassventil (22) gelegenen Bereich (20) berücksichtigt wird, wobei bei der Bestimmung auch eine Drehzahl (nmot) einer Kurbelwelle (18) der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt wird, wobei die Frischluftfüllung (rl) bzw. der Druck (ps) mittels thermodynamischer Gleichungen und/oder mittels Strömungsgleichungen zu mindestens einem diskreten Zeitpunkt (72) während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine (10) berechnet wird (66), wobei bei der Berechnung ein nach Schließen des Einlassventils (22) im Brennraum (16) vorhandenes Restgas (m_rg) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T_bres) des im Brennraum (16) befindlichen Gasgemisches anhand der Mischungsformelunter Berücksichtigung der Massenanteile (m_rgreasp, m_fg) des reaspirativen Restgases und der Frischluft und der jeweiligen Temperaturen (T_rgreasp, T_fg) bestimmt wird.Method for operating an internal combustion engine (10), in which, when determining a pressure (ps) in a region (20) situated upstream of an inlet valve (22), a fresh air charge (rl) of a combustion chamber (16) or during the determination of the fresh air charge ( rl) of the combustion chamber (16) the pressure (ps) in the upstream of the inlet valve (22) located region (20) is taken into account, wherein in the determination also takes into account a speed (nmot) of a crankshaft (18) of the internal combustion engine (10) is, wherein the fresh air filling (rl) or the pressure (ps) by means of thermodynamic equations and / or by flow equations to at least one discrete time (72) during a cycle of the internal combustion engine (10) is calculated (66), wherein in the calculation After closing the inlet valve (22) in the combustion chamber (16) existing residual gas (m_rg) is taken into account, characterized in that the temperature (T_bres) of bef in the combustion chamber (16) bef indium gas mixture is determined on the basis of the mixture formula taking into account the mass fractions (m_rgreasp, m_fg) of the reaspirative residual gas and the fresh air and the respective temperatures (T_rgreasp, T_fg).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem bei der Bestimmung eines Drucks in einem stromaufwärts von einem Einlassventil gelegenen Bereich eine Frischluftfüllung eines Brennraums oder bei der Bestimmung der Frischluftfüllung des Brennraums der Druck in dem stromaufwärts von dem Einlassventil gelegenen Bereich berücksichtigt wird, wobei bei der Bestimmung auch eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.The invention relates firstly to a method for operating an internal combustion engine in which, when determining a pressure in a region located upstream of an inlet valve, a fresh air filling of a combustion chamber or in the determination of the fresh air filling of the combustion chamber the pressure in the region located upstream of the inlet valve is taken into account , Wherein a speed of a crankshaft of the internal combustion engine is taken into account in the determination.
Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt. Es wird beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung verwendet. Bei derartigen Brennkraftmaschinen ist entweder ein Luftmassensensor in der Nähe einer Drosselklappe oder ein Saugrohrdrucksensor in einem Saugrohr installiert. Für die Steuerung der Brennkraftmaschine werden in der Regel jedoch sowohl der Saugrohrdruck als auch die Frischluftfüllung benötigt. Dies bedeutet, dass die jeweils nicht mit einem Sensor erfasste Größe mittels eines Modells nachgebildet werden muss. Das entsprechende Modell wird als ”Ladungswechselmodell” bezeichnet.Such a method is known from the market. It is used for example in internal combustion engines with intake manifold injection. In such internal combustion engines, either an air mass sensor in the vicinity of a throttle or a Saugrohrdrucksensor is installed in a suction pipe. For the control of the internal combustion engine, however, both the intake manifold pressure and the fresh air charge are usually required. This means that the variable not detected by a sensor in each case has to be simulated by means of a model. The corresponding model is called a "charge-exchange model".
Anhand dieses Ladungswechselmodells wird beispielsweise aus der Eingangsgröße ”Saugrohrdruck” die von der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluftmasse berechnet. Die Berechnung erfolgt mittels einer linearen Gleichung, welche einen linearen Steigungsfaktor umfasst, der mit der Differenz zwischen dem Saugrohrdruck und einem Partialdruck eines internen Restgases multipliziert wird.On the basis of this charge exchange model, the fresh air mass drawn in by the internal combustion engine is calculated, for example, from the input variable "intake manifold pressure". The calculation is made by means of a linear equation comprising a linear slope factor multiplied by the difference between the intake manifold pressure and a partial pressure of an internal residual gas.
Durch die Berücksichtigung dieses internen Restgases wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Zylinderfüllung von Brennkraftmaschinen immer eine gewisse Restgasmenge aus der letzten Verbrennung beinhaltet. Bei einer internen Abgas-Rückführung durch Ventilüberschneidung gelangt zusätzlich ein gewisser Anteil des Abgases vom Abgasrohr wieder zurück in den Brennraum. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass das Auslassventil erst nach dem Überschreiten des oberen Totpunkts des Kolbens der Brennkraftmaschine schließt. So kann sich ein Zeitraum ergeben, bei dem das Auslassventil und das Einlassventil eines Brennraums gleichzeitig geöffnet sind. Auf eine Nockenwellenumdrehung bezogen wird dieser Zeitraum als Überschneidungswinkel bezeichnet.By taking into account this internal residual gas, the fact is taken into account that the cylinder charge of internal combustion engines always includes a certain amount of residual gas from the last combustion. In an internal exhaust gas recirculation by valve overlap also passes a certain proportion of the exhaust gas from the exhaust pipe back into the combustion chamber. This can be z. B. be achieved in that the exhaust valve closes only after exceeding the top dead center of the piston of the internal combustion engine. Thus, a period may arise in which the exhaust valve and the intake valve of a combustion chamber are open at the same time. Based on a camshaft revolution, this period is referred to as the overlap angle.
Vom Markt her sind Funktionen zur Berechnung des internen Partialdrucks des Restgases im Brennraum sowie des linearen Steigungsfaktors mit Hilfe von Kennfeldern bekannt. In die Kennfelder werden beispielsweise die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, der Überschneidungswinkel der Nockenwellen und gegebenenfalls der Überschneidungsschwerpunkt der Nockenwellen eingespeist. Derartige Kennfelder haben jedoch einen relativ großen Speicherbedarf. Darüber hinaus besteht bei heutigen Brennkraftmaschinen der Bedarf, die Frischluftfüllung bzw. den Saugrohrdruck mit noch größerer Präzision berechnen zu können.From the marketplace, functions for calculating the internal partial pressure of the residual gas in the combustion chamber and the linear gradient factor are known with the help of maps. In the maps, for example, the speed of the crankshaft of the internal combustion engine, the overlap angle of the camshaft and optionally the overlap center of gravity of the camshafts are fed. However, such maps have a relatively large memory requirement. In addition, there is a need in today's internal combustion engines to be able to calculate the fresh air filling or intake manifold pressure with even greater precision.
Vom Markt her sind auch Simulationsprogramme bekannt, mit denen die thermischen und dynamischen Zustände innerhalb der Brennkraftmaschine sehr feinschrittig simuliert werden können. Die tatsächlichen Vorgänge beim Ladungswechsel können mit solchen Simulationsprogrammen recht gut nachgebildet werden. Selbst im Betrieb auftretende Pulsationen im Saugrohr und in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine können modelliert werden. Aufgrund des hohen Rechenaufwandes ist eine Rechnung in Echtzeit beispielsweise in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine mit derartigen Simulationsprogrammen jedoch nicht möglich.From the market simulation programs are also known with which the thermal and dynamic conditions within the internal combustion engine can be simulated very fine-step. The actual processes during the charge cycle can be simulated quite well with such simulation programs. Even during operation occurring pulsations in the intake manifold and in the exhaust system of the internal combustion engine can be modeled. Due to the high computational complexity, however, an invoice in real time, for example, in a control unit of the internal combustion engine with such simulation programs is not possible.
Die
Aus der Druckschrift
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihm mit geringem Rechenaufwand, gleichzeitig aber mit hoher Präzision, die gewünschte Größe ermittelt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen gelöst. Außerdem werden ein Computerprogramm und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens angegeben.The present invention therefore has the object of developing a method of the type mentioned so that with him with little computational effort, but at the same time with high precision, the desired size can be determined. This object is achieved by a method for operating an internal combustion engine having the features mentioned in the independent claims. In addition, a computer program and a control device for carrying out the method are specified.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Durch die Verwendung thermodynamischer Gleichungen und/oder von Strömungsgleichungen können die tatsächlichen thermischen und dynamischen Verhältnisse im Brennraum und in den brennraumnahen Bereichen der Brennkraftmaschine mit sehr hoher Präzision ermittelt werden. Dabei kann im Gegensatz zur Verwendung von empirischen Gleichungen und/oder von Kennfeldern auch das komplexe thermische und dynamische Verhalten moderner Brennkraftmaschinen sehr präzise nachgebildet werden. Die Rechenbelastung eines Steuergeräts, mit dem Funktionen der Brennkraftmaschine gesteuert bzw. geregelt werden, ist dabei sehr gering:
Die sich aus den thermodynamischen Gleichungen und/oder Strömungsgleichungen ergebende Formel bzw. ergebenden Formeln zur Berechnung der Frischluftfüllung bzw. des Drucks müssen nämlich im Grunde nur einmal während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine gerechnet werden. Eine kontinuierliche feinschrittige Berechnung des aktuellen thermischen und dynamischen Zustandes in der Brennkraftmaschine, wie dies bei gängigen Simulationsprogrammen unter Verwendung von Großrechenanlagen erforderlich ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht benötigt. Ferner ist auch der Einfluss der aktuellen Temperatur des zugeführten Frischgases sowie die Temperatur des Abgases physikalisch auf einfache Art und Weise nachbildbar, was der Präzision des Rechenergebnisses ebenfalls zugutekommt.By using thermodynamic equations and / or flow equations, the actual thermal and dynamic conditions in the combustion chamber and in the combustion chamber near areas of the internal combustion engine can be determined with very high precision. In this case, in contrast to the use of empirical equations and / or maps, the complex thermal and dynamic behavior of modern internal combustion engines can be modeled very precisely. The computational load of a control unit, with the functions of the internal combustion engine are controlled or regulated, is very low:
The formula or resulting formulas resulting from the thermodynamic equations and / or flow equations for calculating the fresh air charge or the pressure must in fact only be calculated once during a working cycle of the internal combustion engine. A continuous fine-step calculation of the current thermal and dynamic state in the internal combustion engine, as is required in conventional simulation programs using large computer systems, is not required in the method according to the invention. Furthermore, the influence of the actual temperature of the supplied fresh gas and the temperature of the exhaust gas can be simulated physically in a simple manner, which also benefits the precision of the calculation result.
IEs wird vorgeschlagen, dass bei der Berechnung ein nach Schließen eines Einlassventils im Brennraum vorhandenes Restgas berücksichtigt wird. Ein solches Restgas ist in geringem Umfang fast immer vorhanden, insbesondere aber vorhanden, wenn die Brennkraftmaschine über eine interne oder eine externe Abgasrückführung verfügt. Bei einer solchen internen Abgasrückführung wird der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils und/oder der Schließzeitpunkt eines Auslassventils so gelegt, dass der Brennraum zu Beginn eines neuen Arbeitsspiels nicht nur mit Frischluft, sondern auch mit von einer vorhergehenden Verbrennung stammendem Rest-Abgas gefüllt ist. Durch Restgas kann die Flammentemperatur im Brennraum verringert und damit die Stickoxidbildung verringert werden. Die Berücksichtigung dieses im Brennraum vorhandenen Restgases ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut möglich.IEs it is proposed that the calculation is taken into account after the closing of an intake valve in the combustion chamber residual gas. Such residual gas is to a small extent almost always present, but in particular present when the internal combustion engine has an internal or external exhaust gas recirculation. In such an internal exhaust gas recirculation, the opening timing of the intake valve and / or the closing time of an exhaust valve is set so that the combustion chamber is filled at the beginning of a new cycle not only with fresh air, but also with residual exhaust gas originating from a previous combustion. By residual gas, the flame temperature can be reduced in the combustion chamber and thus the nitrogen oxide formation can be reduced. The consideration of this residual gas present in the combustion chamber is very well possible with the method according to the invention.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Berechnung ein nach Schließen des Einlassventils im Brennraum vorhandenes residuales Restgas und/oder ein nach Schließen des Einlassventils im Brennraum vorhandenes reaspiratives Restgas berücksichtigt werden/wird. Hierdurch wird die Genauigkeit bei der Berechnung der Frischluftfüllung bzw. des Drucks in dem stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich nochmals verbessert. Mit dem Begriff ”stromaufwärts” wird hier wie nachfolgend immer jener Bereich bezeichnet, der sich zwischen dem Einlassventil und dem Beginn des Saugrohres befindet, unabhängig davon, ob die Strömung tatsächlich vom Saugrohr in den Brennraum oder vom Brennraum ins Saugrohr strömt.Furthermore, it is proposed that during the calculation, a residual residual gas present after closing the inlet valve in the combustion chamber and / or a residual purge gas present in the combustion chamber after closing the inlet valve be taken into account. This further improves the accuracy in the calculation of the fresh air charge or the pressure in the region upstream of the intake valve. As used herein, the term "upstream" always refers to that region which is located between the inlet valve and the start of the intake manifold, regardless of whether the flow actually flows from the intake manifold into the combustion chamber or from the combustion chamber into the intake manifold.
Unter einem residualen Restgas versteht man das im Brennraumvolumen mit Brennraumtemperatur und unter Abgasgegendruck zum Zeitpunkt des Schließens des Auslassventils der Brennkraftmaschine eingeschlossene Restgas. Unter dem reaspirativen Restgas versteht man das während der Ventilüberschneidung (also gleichzeitig geöffnetes Einlass- und Auslassventil) aus einem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich durch den Brennraum in den stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich strömende Restgas. Es überlagert sich mit dem residualen Restgas.Residual residual gas is understood as meaning the residual gas enclosed in the combustion chamber volume with combustion chamber temperature and under exhaust backpressure at the time of closing the exhaust valve of the internal combustion engine. The reaspirative residual gas is understood to mean the residual gas flowing during the valve overlap (ie simultaneously opened inlet and outlet valves) from a region located downstream of the outlet valve through the combustion chamber into the region located upstream of the inlet valve. It overlaps with the residual residual gas.
Die Summe aus residualem und reaspirativem Restgas bildet das gesamte interne Restgas der Brennkraftmaschine. Durch die Aufteilung des Restgases in einen residualen und einen reaspirativen Anteil können zur Berechnung der jeweiligen Anteile vergleichsweise einfache thermodynamische und/oder Strömungsgleichungen verwendet werden. Darüber hinaus können die Einflüsse auf die verschiedenen Restgasanteile, beispielsweise die Schaltzeitpunkte des Einlass- bzw. Auslassventils und die Ventilüberschneidung noch besser berücksichtigt werden.The sum of residual and reaspirative residual gas forms the entire internal residual gas of the internal combustion engine. By dividing the residual gas into a residual and a reaspirative fraction, comparatively simple thermodynamic and / or flow equations can be used to calculate the respective proportions. In addition, the influences on the various residual gas components, such as the switching timing of the intake and exhaust valve and the valve overlap can be considered even better.
Dabei kann die Temperatur des im Brennraum befindlichen Gasgemisches anhand der Mischungsformel unter Berücksichtigung der Massenanteile des residualen Restgases und/oder des reaspirativen Restgases und der Frischluft und der jeweiligen Temperaturen bestimmt werden. Diese Formel kann im Steuergerät leicht berechnet werden und bietet gute Ergebnisse.In this case, the temperature of the gas mixture in the combustion chamber based on the mixture formula be determined taking into account the mass fractions of the residual residual gas and / or the reaspirative residual gas and the fresh air and the respective temperatures. This formula can be easily calculated in the controller and gives good results.
Besonders bevorzugt wird auch, wenn zur Berechnung der Menge des im Brennraum befindlichen reaspirativen Restgases angenommen wird, dass in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine Gas von einem stromabwärts von einem Auslassventil gelegenen Bereich über eine äquivalente Drossel in den stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich strömen kann, wobei die Menge des rückströmenden Gases aus einem überkritischen Massenstrom, welcher durch diese Drossel hindurchströmt, berechnet Wird, und wobei der überkritische Massenstrom mindestens von einer Überschneidung des Öffnungswinkels des Einlassventils mit dem Schließwinkel des Auslassventils, von einer Temperatur des Gases in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich, von einem Druck des Gases in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich, und/oder von einem Verhältnis des Drucks des Gases in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich zum Druck des Gases in dem stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich abhängt.It is also particularly preferred if, in order to calculate the amount of the refractory residual gas present in the combustion chamber, it is assumed that in certain operating states of the internal combustion engine gas can flow from an area located downstream of an outlet valve via an equivalent throttle into the area located upstream of the inlet valve Amount of the return gas from a supercritical mass flow is calculated from at least one of the opening angle of the intake valve with the closing angle of the exhaust valve, a temperature of the gas in the downstream of the exhaust valve, a pressure of the gas in the downstream of the exhaust valve, and / or a ratio of the pressure of the gas in the downstream of the exhaust valve region to the pressure of the gas in the upstream of the intake valve region is dependent.
Zunächst sei darauf hingewiesen, dass hier wie nachfolgend mit dem Begriff ”stromabwärts” immer jener Bereich bezeichnet wird, der sich zwischen dem Auslassventil und dem Ende des Abgasrohres befindet, unabhängig davon, ob die Strömung tatsächlich vom Brennraum ins Abgasrohr oder vom Abgasrohr in den Brennraum strömt. Er bezieht sich also auf die Richtung der ”Hauptströmung”.First of all, it should be pointed out that the term "downstream" is always used to denote that region which is located between the outlet valve and the end of the exhaust pipe, irrespective of whether the flow is actually from the combustion chamber into the exhaust pipe or from the exhaust pipe into the combustion chamber flows. So he refers to the direction of the "mainstream".
Die oben genannte modellhafte Annahme entspricht sehr gut den tatsächlichen Verhältnissen der Brennkraftmaschine. Die Strömung des Abgases durch die Öffnung des Auslassventils, durch den Brennraum hindurch, und durch die Öffnung des Einlassventils kann sehr gut durch eine Strömung eines Gases durch eine äquivalente Drossel ausgedrückt werden. Eine derartige Strömung durch eine Drossel ist durch die bekannten thermodynamischen und aerodynamischen Gleichungen mit hoher Präzision berechenbar. Die Eigenschaften der äquivalenten Drossel können in Versuchen ermittelt werden.The above-mentioned model assumption corresponds very well to the actual conditions of the internal combustion engine. The flow of the exhaust gas through the opening of the exhaust valve, through the combustion chamber, and through the opening of the intake valve can be expressed very well by a flow of a gas through an equivalent throttle. Such a flow through a throttle can be calculated with high precision by the known thermodynamic and aerodynamic equations. The properties of the equivalent throttle can be determined in experiments.
Der überkritische Massenstrom kann dabei auch von der Lage des Schwerpunkts des Schnittbereichs der beiden Ventilkurven abhängen. Ist die Schließgeschwindigkeit des Auslassventils gleich der Öffnungsgeschwindigkeit des Einlassventils, liegt der Schwerpunkt genau unterhalb der Spitze des in etwa dreieckigen Schnittbereiches. Bei einer von der Öffnungsgeschwindigkeit unterschiedlichen Schließgeschwindigkeit verschiebt sich der Schwerpunkt und somit der Zeitpunkt, zu dem die besagten Werte erfasst werden, entsprechend.The supercritical mass flow may also depend on the position of the center of gravity of the intersection of the two valve curves. If the closing speed of the exhaust valve is equal to the opening speed of the intake valve, the center of gravity is just below the top of the approximately triangular section. At a closing speed different from the opening speed, the center of gravity, and thus the time at which the said values are detected, correspondingly shifts.
Vorteilhaft ist auch, wenn der überkritische Massenstrom mit dem Ausgangswert einer Kennlinie multipliziert wird, in welche das Verhältnis des Drucks in einem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich zum Druck im Brennraum oder in einem stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich eingespeist wird. Eine solche Kennlinie wird auch als ”Kennlinie Ausfluss” bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine aus der Strömungsmechanik bekannte Gleichung, welche die Strömung durch eine Blende hindurch beschreibt. Mit ihr wird auf einfache Art und Weise das Strömungsverhalten in Abhängigkeit von der Druckdifferenz auf beiden Seiten der Blende ausgedrückt.It is also advantageous if the supercritical mass flow is multiplied by the output value of a characteristic curve in which the ratio of the pressure in a region downstream of the outlet valve to the pressure in the combustion chamber or in an area upstream of the inlet valve is fed. Such a characteristic is also referred to as "characteristic outflow". This is an equation known from fluid mechanics, which describes the flow through a diaphragm. With it, the flow behavior is expressed in a simple manner as a function of the pressure difference on both sides of the panel.
Dabei wird angenommen, dass das während der Ventilüberschneidung rückströmende Gas Abgastemperatur und Abgasgegendruck aufweist. Wenn jedoch Pulsationen des Drucks stromabwärts vom Auslassventil und stromaufwärts vom Einlassventil) abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorkommen, kann während der Überschneidung der Druckquotient einen von seinem Mittelwert unterschiedlichen Wert annehmen.It is assumed that the gas flowing back during the valve overlap has exhaust gas temperature and exhaust back pressure. However, when pulsations of the pressure downstream of the exhaust valve and upstream of the intake valve occur depending on the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine, during the intersection of the pressure quotient may assume a value different from its mean value.
Um dies bei der Berechnung berücksichtigen zu können, wird auch vorgeschlagen, dass das Verhältnis des Drucks des Gases in dem stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich zum Druck des Gases in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, welcher von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abhängt.In order to take this into account in the calculation, it is also proposed that the ratio of the pressure of the gas in the region upstream of the inlet valve to the pressure of the gas in the region downstream of the outlet valve be multiplied by a correction factor which depends on the speed of the crankshaft the internal combustion engine depends.
Bei einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass bei der Berechnung der gemessene oder modellierte Druck des Gases in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von dem Schließwinkel des Auslassventils korrigiert wird. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der Druck in dem stromabwärts vom Auslassventil gelegenen Bereich in bestimmten Drehzahlbereichen und/oder dann, wenn das Auslassventil zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine schließt, pulsieren kann. Diese Druckpulsationen werden durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Korrektur berücksichtigt.In another development, it is proposed that, in the calculation, the measured or modeled pressure of the gas in the region located downstream of the exhaust valve be corrected as a function of the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine and / or as a function of the closing angle of the exhaust valve. This accounts for the fact that the pressure in the region downstream of the exhaust valve may pulsate at certain speed ranges and / or when the exhaust valve closes at some point in the engine's working cycle. These pressure pulsations are taken into account by the correction proposed according to the invention.
Im einfachsten Fall kann die Korrektur dadurch erfolgen, dass der gemessene bzw. modellierte Druck mit dem Ausgang eines Kennfelds multipliziert wird, in welches die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Schließwinkel des Auslassventils eingespeist werden. Durch diese Korrektur kann auch berücksichtigt werden, dass dann, wenn das Auslassventil deutlich vor dem oberen Totpunkt oder deutlich nach dem oberen Totpunkt des dem Brennraum zugeordneten Kolbens schließt, sowie bei höheren Drehzahlen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Druckausgleich nicht mehr stattfindet. Schließt das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt des Kolbens, ist der Druck des residualen Restgases höher, schließt das Auslassventil dagegen nach dem oberen Totpunkt des Kolbens, ist der Druck des residualen Restgases im Brennraum geringer.In the simplest case, the correction can be carried out by multiplying the measured pressure with the output of a map into which the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine and the closing angle of the exhaust valve are fed. This correction can also take into account that when the exhaust valve closes well before the top dead center or significantly after the top dead center of the piston associated with the combustion chamber, and at higher speeds of the crankshaft of the internal combustion engine, a pressure compensation no longer takes place. Closes the exhaust valve before the top dead center of the piston, the pressure of the residual residual gas is higher, on the other hand closes the exhaust valve after the top dead center of the piston, the pressure of the residual residual gas in the combustion chamber is lower.
Analog hierzu kann bei der Berechnung der gemessene oder modellierte Druck des Gases in dem stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder abhängig von dem Öffnungwinkel des Einlassventils korrigiert werden.Similarly, in the calculation, the measured or modeled pressure of the gas may be in the upstream of the intake valve Range can be corrected depending on the speed of the crankshaft of the internal combustion engine and / or depending on the opening angle of the intake valve.
Es ist ferner vorgesehen, dass die Masse des residualen Restgases mittels des Brennraumvolumens bestimmt wird, welches zum Schließzeitpunkt des Auslassventils oder in etwa in der Mitte der Ventilüberschneidung vorliegt. Möglich wäre es auch, jenes Brennraumvolumen bei der Berechnung zu verwenden, welches dann vorliegt, wenn beide Ventile den gleichen Ventilhub aufweisen. In allen genannten Fällen kann die Masse des residualen Restgases präzise berechnet werden.It is further provided that the mass of the residual residual gas is determined by means of the combustion chamber volume, which is present at the closing time of the exhaust valve or approximately in the middle of the valve overlap. It would also be possible to use that combustion chamber volume in the calculation, which is present when both valves have the same valve lift. In all these cases, the mass of the residual residual gas can be calculated precisely.
Besonders bevorzugt wird bei den thermodynamischen Berechnungen von der Zustandsgleichung für ideale Gase ausgegangen. Dies ermöglicht wesentliche Vereinfachungen bei der Berechnung, ohne dass hierdurch das Ergebnis beeinträchtigt wird.The thermodynamic calculations are particularly preferably based on the equation of state for ideal gases. This allows significant simplifications in the calculation, without affecting the result.
Dabei kann erfindungsgemäß auch angenommen werden, dass die Wärmekapazität und/oder der Isentropenexponent des Restgases bzw. der Anteile des Restgases die gleichen Werte haben wie jene von Frischluft. Diese Annahme ist möglich, da in beiden Gasen vorwiegend Stickstoff vorhanden ist.It can also be assumed according to the invention that the heat capacity and / or the isentropic exponent of the residual gas or the proportions of the residual gas have the same values as those of fresh air. This assumption is possible, since in both gases predominantly nitrogen is present.
Eine weitere Näherung, welche zur einfacheren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt besteht darin, dass die Zustandsgleichung für ideale Gase für adiabatische Verhältnisse verwendet wird. Bei den thermodynamischen Beziehungen werden also Wärmeübergänge an den Ventilen, an den Wänden des Brennraums sowie von sonstigen Komponenten im Brennraum und in den brennraumnahen Bereichen vernachlässigt. Dies ist möglich, ohne die Präzision bei der Berechnung allzu sehr zu verschlechtern.A further approximation, which contributes to the simpler implementation of the method according to the invention, is that the equation of state is used for ideal gases for adiabatic conditions. In the thermodynamic relationships so heat transfer to the valves, on the walls of the combustion chamber and other components in the combustion chamber and in the combustion chamber near areas are neglected. This is possible without degrading the accuracy of the calculation too much.
Allerdings kann beispielsweise der Einfluss von Wärmeübergängen auf eine erfasste oder modellierte Temperatur in dem Bereich stromaufwärts vom Einlassventil mittels einer Korrekturfunktion berücksichtigt werden. Somit wird einerseits adiabatisch gerechnet, was erhebliche Vereinfachungen bei der Herleitung der Gleichungen ermöglicht, andererseits bleibt der Einfluss von Wärmeübergängen nicht vollständig unberücksichtigt. Die Berechnung ist somit einfach und dennoch präzise möglich.However, for example, the influence of heat transfers to a sensed or modeled temperature in the region upstream of the inlet valve may be taken into account by means of a correction function. Thus, on the one hand adiabatically calculated, which allows considerable simplification in the derivation of the equations, on the other hand, the influence of heat transfer is not completely unconsidered. The calculation is thus simple yet precise.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.The invention also relates to a computer program suitable for carrying out the above method when executed on a computer. It is preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei einem solchen Steuer- und/oder Regelgerät wird vorgeschlagen, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.Furthermore, the invention relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine. In such a control and / or regulating device is proposed that it comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
Zeichnungdrawing
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, a particularly preferred embodiment of the present invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing show:
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In
Frischluft wird dem Brennraum
Die heißen Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum
Die Brennkraftmaschine
Das im Brennraum
Der Betrieb der Brennkraftmaschine
Um jene Kraftstoffmenge bestimmen zu können, welche dem vom Benutzer der Brennkraftmaschine
Die Bestimmung der Frischluftfüllung rl (hierbei handelt es sich um eine auf Normbedingungen normierte Frischluftfüllung) wird bei der in
Von den Sensoren der Brennkraftmaschine
Diese gemessenen Werte werden in einen Verarbeitungsblock
Wärmeübergänge von den in diesen Bereichen vorhandenen Komponenten auf das strömende Gas werden also zunächst nicht berücksichtigt. Um dennoch ein möglichst präzises Rechenergebnis zu erzielen, sind daher in dem Verarbeitungsblock
Die Berechnung der normierten Frischluftfüllung rl erfolgt nicht kontinuierlich. Stattdessen wird sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel einmal während eines Arbeitsspiels des Zylinders
Die Berechnungen im Verarbeitungsblock
Die Frischluftmasse m_fg in Gleichung (1) ergibt sich aus den Gleichungen (3) bis (6) in
Wie sich aus Gleichung (5) ergibt, setzt sich die Gesamtmasse m_ges des im Brennraum
Abhängig von der Drehzahl nmot der Kurbelwelle
Bei der Restgasmasse m_rg handelt es sich um Folgendes:
Zur Verringerung der Stickoxide im Abgas der Brennkraftmaschine
To reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas of the
Die Masse m_rgres des residualen Restgases und m_rgreasp des residualen Restgases wird durch den Schließwinkel wnwa des Auslassventils
Werden die Gleichungen (2) bis (6) in die Gleichung (1) in
Schließt das Auslassventil
Bei der Bestimmung des Volumens V_brrgres, welches in der Gleichung (9) verwendet wird, wird eine Fallunterscheidung gemacht:
Wenn das Auslassventil
When the
Die Bestimmung der Masse m_rgreasp des reaspirativen Restgases erfolgt in Gleichung (12) in
Die während der Überschneidung freigegebene Öffnung wird in eine äquivalente Öffnung während des gesamten Arbeitsspiels transformiert. Der entsprechende konstante mittlere Massenstrom hat den normierten überkritischen Wert MSNREASP. Im vorliegenden Fall ist der Massenstrom MSNREASP also nur vom Überschneidungswinkel wnwvue abhängig. Denkbar. ist jedoch auch eine Abhängigkeit vom Schwerpunkt der Überschneidungsfläche (gestrichelte Fläche in
Der überkritische Massenstrom MSNREASP wird in Gleichung (12) noch mit dem Ausgang einer sogenannten ”Kennlinie Ausfluss” multipliziert (abgekürzt ”KLAF”). Diese beschreibt die Strömung durch eine Blende bzw. eine Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz vor/hinter der Blende bzw. Drosselstelle. Es wird ferner angenommen, dass das während der Ventilüberschneidung wnwvue rückströmende Abgas den Abgasgegendruck p_abnavk hat.The supercritical mass flow MSNREASP is multiplied in equation (12) by the output of a so-called "characteristic outflow" (abbreviated "KLAF"). This describes the flow through a diaphragm or a throttle point as a function of the pressure difference in front of / behind the diaphragm or throttle point. It is further assumed that the exhaust gas flowing back during the valve overlap wnwvue has the exhaust back pressure p_abnavk.
Da es im Betrieb der Brennkraftmaschine
Die Temperatur T_rg des Restgases wird mittels der Formeln berechnet, welche in
Wie anhand der
Zur Vereinfachung der Berechnung der Rückströmung des Abgases in das Saugrohr
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