DE102008044013A1 - Method for determining combustion pressure of combustion chamber of internal combustion engine of motor vehicle, involves determining combustion pressure depending on ignition delay, maximum value of combustion pressure and rise time - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verbrennungsdrucks eines Brennraums einer Brennkraftmaschine.The The invention relates to a method for determining a combustion pressure a combustion chamber of an internal combustion engine.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Ausführung eines derartigen Verfahrens.The The invention further relates to a control device for execution such a method.
Es ist bekannt, dass die Entstehung bzw. der Anteil von Schadstoffen im Abgas einer Brennkraftmaschine durch eine Optimierung der Kraftstoffverbrennung reduziert werden kann. Zur gezielten Optimierung einzelner Schritte der Kraftstoffverbrennung ist eine genaue Kenntnis des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks notwendig. Der Verbrennungsdruck ändert sich unter anderem in Abhängigkeit einer Hubbewegung eines Kolbens der Brennkraftmaschine, der Wärmeverlusteigenschaften der Brennkraftmaschine, der Gaszusammensetzung in dem Brennraum und in Abhängigkeit weiterer Einflüsse wie beispielsweise dem Raildruck, das heißt einem Kraftstoffdruck in einem Hochdruck-Kraftstoffspeicher (common rail) sowie der Einspritzmenge.It is known that the emergence or proportion of pollutants in the exhaust of an internal combustion engine by optimizing the fuel combustion can be reduced. For targeted optimization of individual steps Fuel combustion is an accurate knowledge of the time History of the combustion pressure necessary. The combustion pressure changes inter alia, depending on a stroke of a Piston of the internal combustion engine, the heat loss properties the internal combustion engine, the gas composition in the combustion chamber and depending on other influences such as the rail pressure, that is a fuel pressure in one High-pressure fuel storage (common rail) and the injection quantity.
Für die Berechnung der Wandwärmeverluste existieren bereits diverse Ansätze. Zur Berechnung des Verbrennungsdrucks in Abhängigkeit der vorstehend genannten Einflüsse sind derzeit jedoch keine schnellen Algorithmen beziehungsweise geeigneten Ansätze bekannt.For the calculation of wall heat losses already exists various approaches. To calculate the combustion pressure depending on the aforementioned influences However, there are currently no fast algorithms suitable approaches known.
Aus
der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine effiziente Ermittlung des Verbrennungsdrucks möglich ist, die insbesondere auch unter Echtzeitbedingungen in herkömmlichen Steuergeräten für Brennkraftmaschinen ausgeführt werden kann.Accordingly It is an object of the present invention, a method and a control unit of the type mentioned in the further develop that an efficient determination of the combustion pressure possible is, in particular under real-time conditions in conventional Control units for internal combustion engines running can be.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verbrennungsdruck modellbasiert in Abhängigkeit eines Zündverzugs, eines Maximalwerts des Verbrennungsdrucks und einer Anstiegszeit zwischen einem Beginn der Verbrennung und dem Erreichen des Maximalwerts für den Verbrennungsdruck ermittelt wird. Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht eine besonders einfache und daher echtzeitfähige Ermittlung des Verbrennungsdrucks, weil im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren nur die drei vorstehend genannten Größen ausgewertet werden müssen, welche den Verbrennungsdruck beeinflussen. Insbesondere erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die von den herkömmlichen Methoden bekannte Auswertung von Differentialgleichungen, welche einer Echtzeitberechung des Verbrennungsdrucks entgegensteht.These The object is achieved in a method of the type mentioned in the present invention, that the combustion pressure is model-based in dependence an ignition delay, a maximum value of the combustion pressure and a rise time between a start of the combustion and the Reaching the maximum value for the combustion pressure determined becomes. The principle of the invention allows a particularly simple and therefore real-time capable determination the combustion pressure, because in contrast to the conventional method evaluated only the three aforementioned sizes must be, which influence the combustion pressure. In particular, it is unnecessary in the inventive Process the evaluation known from conventional methods of differential equations which is a real time computation of the Precludes combustion pressure.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein zeitlicher Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff abschnittsweise über eine erste mathematische Funktion, insbesondere eine Parabel, approximiert wird, wobei die Parabel abhängig ist von dem Maximalwert prise des Verbrennungsdrucks und der Anstiegszeit trise, und wobei die Parabel insbesondere durch die Gleichung repräsentiert ist. Hierbei gibt φ einen Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine an, und φmax entspricht dem Kurbelwellenwinkel bei einem maximalen Verbrennungsdruck in dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kurbelwellenwinkel φ korrespondiert in bekannter Weise mit einem entsprechenden Zeitpunkt, so dass die vorstehende Form der erfindungsgemäßen Parabelgleichung äquivalent ist zu dem zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a temporal profile of the combustion pressure p diff is approximated in sections via a first mathematical function, in particular a parabola, the parabola being dependent on the maximum value p rise of the combustion pressure and the rise time t rise , and being the parabola in particular by the equation is represented. Here, φ indicates a crankshaft angle of the internal combustion engine, and φ max corresponds to the crankshaft angle at a maximum combustion pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine. The crankshaft angle φ corresponds in a known manner with a corresponding time, so that the above form of the parabola equation according to the invention is equivalent to the time profile of the combustion pressure.
Die erfindungsgemäße Verwendung der vorstehend beschriebenen Parabel zur Approximierung des Verbrennungsdrucks ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache und daher insbesondere auch echtzeitfähige Berechnung des Verbrennungsdrucks.The use of the invention described above Parabola for approximating the combustion pressure allows advantageously a particularly simple and therefore in particular also real-time capable Calculation of the combustion pressure.
Eine besonders hohe Präzision bei der erfindungsgemäßen Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks ist einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge dann gegeben, wenn die erste mathematische Funktion zur Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks vor beziehungsweise bis zu dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks verwendet wird. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass in diesem Zeit- beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereich eine besonders gute Übereinstimmung zwischen der erfindungsgemäß gewählten Parabel und dem tatsächlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks besteht.A particularly high precision in the invention Approximation of the time course of the combustion pressure is According to another very advantageous variant of the invention, then given when the first mathematical function for approximation the time course of the combustion pressure before or is used until reaching the maximum combustion pressure. Investigations by the applicant have shown that in this period or crankshaft angle range a particularly good match between the parabola selected according to the invention and the actual course of the combustion pressure.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf des Verbrennungsdrucks abschnittsweise über eine zweite mathematische Funktion approximiert, die abhängig ist von dem Maximalwert prise des Verbrennungsdrucks pdiff, von einem dem Brennraum zugeordneten Zylindervolumen Vφ, Vrise und von dem Polytropenexponenten κ einer Gasladung in dem Brennraum, wobei die zweite mathematische Funktion insbesondere lautet: In another very advantageous Ausfüh tion form of the method according to the invention, a temporal profile of the combustion pressure is partially approximated via a second mathematical function, which is dependent on the maximum value p rise of the combustion pressure p diff , of a cylinder volume V φ , V rise assigned to the combustion chamber and of the polytropic exponent κ of a gas charge in the combustion chamber, the second mathematical function being in particular:
Bei dem Zylindervolumen Vrise handelt es sich um dasjenige Volumen des betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine, das bei dem Erreichen des Maximalwerts für den Verbrennungdruck vorliegt, während das Zylindervolumen Vφ allgemein das Volumen des betrachteten Zylinders bei dem Kurbelwellenwinkel φ bzw. einem entsprechenden Zeitpunkt angibt.The cylinder volume Vrise is that volume of the considered cylinder of the internal combustion engine that is present when the maximum value for the combustion pressure is reached, while the cylinder volume V φ generally indicates the volume of the cylinder under consideration at the crankshaft angle φ or a corresponding point in time.
Die zweite mathematische Funktion wird einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge zur Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks ab beziehungsweise nach dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks verwendet. Das heißt, erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf des Verbrennungsdrucks besonders bevorzugt in einem ersten Zeitbereich beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereich durch die erste mathematische Funktion, vorzugsweise die vorstehend beschriebene Parabel, approximiert, während anschließend, das heißt in einem nachfolgenden zweiten Zeitbereich beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereich, eine andere mathematische Funktion verwendet wird.The second mathematical function will be a further advantageous Embodiment of the invention According to a method for approximating the time course of the Combustion pressure from or after reaching the maximum Combustion pressure used. That is, according to the invention the time course of the combustion pressure is particularly preferred in a first time range or crankshaft angle range by the first mathematical function, preferably the one above described parabola, approximated while subsequently, that is, in a subsequent second time range or Crankshaft angle range, another mathematical function used becomes.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge ergänzen sich die erfindungsgemäß gewählten und vorstehend beschriebenen mathematischen Funktionen ideal zur präzisen Approximierung eines tatsächlichen zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks in dem Brennraum der Brennkraftmaschine.investigations According to the Applicant, the inventively chosen complement each other and mathematical functions described above are ideal for precise approximation of an actual temporal Course of the combustion pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgeschlagen, dass der Zündverzug τ in Abhängigkeit einer ersten Linearkombination mehrerer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Zündverzug einer besonders bevorzugten Erfindungsvariante zufolge als Linearkombination τ = a1·prail + a2·tinj + a3·pinj + a4·n + a5·rEGR in Abhängigkeit eines Raildrucks prail und/oder einer Brennraumtemperatur tinj Zeitpunkt eines Ansteuerbeginns und/oder eines Brennraumdrucks pinj zum Zeitpunkt des Ansteuerbeginns und/oder einer Drehzahl n der Brennkraftmaschine und/oder einer Abgasrückführrate rEGR und/oder der Koeffizienten a1, a2, a3, a4, a5 ermittelt wird.In a further very advantageous embodiment of the operating method according to the invention, it is proposed that the ignition delay τ is determined as a function of a first linear combination of a plurality of operating variables of the internal combustion engine, wherein the ignition delay of a particularly preferred variant of the invention is a linear combination τ = a 1 * p rail + a 2 * t inj + a 3 · p inj + a 4 · n + a 5 · r EGR as a function of a rail pressure p rail and / or a combustion chamber temperature t inj at the time of a control start and / or a combustion chamber pressure p inj at the time of the start of control and / or a rotational speed n of the internal combustion engine and / or an exhaust gas recirculation rate r EGR and / or the coefficients a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 is determined.
Die erfindungsgemäße Bildung des Zündverzugs τ, welcher zur Auswertung der mathematischen Funktionen benötigt wird, die der Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks dienen, mittels der erfindungsgemäßen ersten Linearkombination stellt ein besonders einfaches rechnerisches Verfahren dar, welches ressourcenschonend und daher insbesondere auch echtzeitfähig in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann.The inventive formation of ignition delay τ, which is needed to evaluate the mathematical functions which is the approximation of the time course of the combustion pressure serve, by means of the first linear combination according to the invention represents a particularly simple computational method, which resource-saving and therefore especially real-time capable be performed in a control unit of an internal combustion engine can.
Der erfindungsgemäßen ersten Linearkombination liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Raildruck eine Aussage über die Zerstäubung des Kraftstoffs in dem Brennraum liefert, wobei der Kraftstoff bei einem größeren Raildruck während der Einspritzung in dem Brennraum insbesondere feiner zerstäubt wird. Die erfindungsgemäße erste Linearkombination berücksichtigt weiter die Brennraumtemperatur und den Brennraumdruck jeweils zum Zeitpunkt eines Ansteuerbeginns, weil diese beiden Betriebsgrößen die Verdampfung des Kraftstoffs in dem Brennraum beeinflussen. Bei einer größeren Brennraumtemperatur ergibt sich beispielsweise eine schnellere Verdampfung des Kraftstoffs in dem Brennraum.Of the according to the invention first linear combination the realization that the rail pressure is a statement about provides the atomization of the fuel in the combustion chamber, the fuel being at a higher rail pressure during the injection in the combustion chamber in particular fine atomized. The inventive first linear combination further takes into account the combustion chamber temperature and the combustion chamber pressure in each case at the time of a control start, because these two operating variables evaporate of the fuel in the combustion chamber. For a larger one Combustion chamber temperature results, for example, a faster evaporation of the fuel in the combustion chamber.
Der Einfluss der Drehzahl der Brennkraftmaschine auf den Zündverzug berücksichtigt die drehzahlabhängige Kompressionsgeschwindigkeit des betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine und damit auch die Wärmeverluste, welche im Bereich der Zylinderwand auftreten.Of the Influence of the speed of the internal combustion engine on the ignition delay considers the speed-dependent compression speed the considered cylinder of the internal combustion engine and thus also the heat losses, which occur in the area of the cylinder wall.
Die ebenfalls innerhalb der erfindungsgemäßen ersten Linearkombination betrachtete Abgasrückführrate korrespondiert mit einem Verhältnis zwischen Luft und Abgas in dem Brennraum und dient zur Abbildung des Einflusses der chemischen Eigenschaften des Brennraumgases auf den Zündverzug. Beispielsweise wird bei einem steigenden Anteil des Abgases an dem Brennraumgas eine Temperatur des in dem Brennraum vorherrschenden Gasgemisches bzw. einer entsprechenden Verbrennung herabgesetzt.The also within the first invention Linear combination considered exhaust gas recirculation rate corresponds to a ratio between air and exhaust gas in the combustion chamber and serves to illustrate the influence of the chemical Properties of the combustion chamber gas on the ignition delay. For example becomes at an increasing proportion of the exhaust gas to the combustion chamber gas a temperature of the prevailing in the combustion chamber gas mixture or a corresponding combustion reduced.
Die vorstehend beschriebene erste Linearkombination aus üblicherweise bereits in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorliegenden Betriebsgrößen ermöglicht vorteilhaft eine präzise und gleichzeitig wenig rechenaufwendige Ermittlung des Zündverzugs τ bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine. Der auf die erfindungsgemäß vereinfachte Weise ermittelte Zündverzug ist für die erfindungsgemäße Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks mittels der beiden mathematischen Funktionen verwendbar.The previously described first linear combination of usually already present in a control unit of the internal combustion engine Operating sizes allows advantageous a precise and at the same time less computationally intensive investigation the ignition delay τ in the operation of the internal combustion engine. The simplified in the present invention determined ignition delay is for the invention Approximation of the time course of the combustion pressure by means of the two mathematical functions usable.
Die ebenfalls zur Auswertung der für die Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks erforderlichen mathematischen Funktionen benötigte Anstiegszeit kann einer weiteren Erfindungsvariante zufolge vorteilhaft in Abhängigkeit einer zweiten Linearkombination mehrerer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Besonders bevorzugt wird die Anstiegszeit trise als Linearkombination trise = b1·τ + b2·qinj + b3·pinj + b4·n + b5·prail in Abhängigkeit des Zündverzugs τ und/oder einer eingespritzten Kraftstoffmenge qinj und/oder des Brennraumdrucks pinj zum Zeitpunkt des Ansteuerbeginns und/oder der Drehzahl n der Brennkraftmaschine und/oder des Raildrucks prail und/oder der Koeffizienten b1, b2, b3, b4, b5 ermittelt.The also for the evaluation of the for the approximation of the time course of burning According to another variant of the invention, the rise time required for the mathematical functions required by the pressure pressure can advantageously be determined as a function of a second linear combination of a plurality of operating variables of the internal combustion engine. The rise time t rise is particularly preferably used as a linear combination t rise = b 1 * τ + b 2 * q inj + b 3 * p inj + b 4 * n + b 5 * p rail as a function of the ignition delay τ and / or an injected fuel quantity q inj and / or the combustion chamber pressure p inj at the time of control start and / or the speed of the internal combustion engine and / or of the rail pressure p rail and / or the coefficient b 1, b 2 3 4 n, b, b, b 5 determined.
Auf eine vergleichbare Weise kann auch der Maximalwert prise des Verbrennungsdrucks in Abhängigkeit einer dritten Linearkombination mehrerer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden, insbesondere als Linearkombination prise = c1·qinj + c2·n, wobei vorteilhaft die eingespritzte Kraftstoffmenge qinj und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine betrachtet wird, ebenso wie die Koeffizienten c1, c2.In a comparable manner, the maximum value p rise of the combustion pressure can also be determined as a function of a third linear combination of a plurality of operating variables of the internal combustion engine, in particular as a linear combination p rise = c 1 * q inj + c 2 * n, where advantageously the injected fuel quantity q inj and the Speed n of the internal combustion engine is considered, as well as the coefficients c 1 , c 2 .
Alle Koeffizienten a1, a2, a3, a4, a5, b1, b2, b3, b4, b5, c1, c2 der erfindungsgemäß vorgesehenen Linearkombinationen können einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge experimentell ermittelt werden. Hierzu kann eine bestimmte Brennkraftmaschine beispielsweise unter Standardbedingungen betrieben werden, und die gesuchten Koeffizienten werden so lange modifiziert, bis sich eine hinreichend gute Übereinstimmung zwischen den erfindungsgemäß u. a. im Wege der Linearkombinationen modellierten Größen und zu Referenzzwecken messtechnisch erfassten tatsächlichen Größen ergibt. Die experimentelle Ermittlung der verwendeten Koeffizienten kann vorteilhaft auch unter Verwendung statistischer Optimierungsverfahren, insbesondere genetischer Algorithmen oder auch Verfahren des simulated annealing-Typs durchgeführt werden. Die erfindungsgemäße Ermittlung der Koeffizienten muss vorteilhaft nur einmal für eine spezielle Konfiguration der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, und hieraus ermittelte Koeffizienten können beispielsweise in einem nicht flüchtigen Speicher eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine für den Normalbetrieb abgelegt werden.All coefficients a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , b 1 , b 2 , b 3 , b 4 , b 5 , c 1 , c 2 of the inventively provided linear combinations can be determined experimentally according to another advantageous variant of the invention , For this purpose, a specific internal combustion engine can be operated, for example, under standard conditions, and the sought-after coefficients are modified until a sufficiently good agreement between the quantities modeled according to the invention, inter alia by means of the linear combinations, and actual values recorded for reference purposes is obtained. The experimental determination of the coefficients used can advantageously also be carried out using statistical optimization methods, in particular genetic algorithms or also methods of the simulated annealing type. The determination of the coefficients according to the invention advantageously only has to be carried out once for a specific configuration of the internal combustion engine, and coefficients determined therefrom can be stored, for example, in a non-volatile memory of a control unit of the internal combustion engine for normal operation.
Neben den für die erfindungsgemäßen Linearkombinationen vorstehend genannten Betriebsgrößen können auch weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine in die Bildung der Linearkombinationen miteinbezogen werden, ohne dass sich eine wesentliche Steigerung des Rechenaufwands zur Auswertung der betreffenden Linearkombination ergibt.Next for the linear combinations according to the invention above operating sizes can also further operating variables of the internal combustion engine be involved in the formation of linear combinations, without that is a significant increase in the computational effort for evaluation the corresponding linear combination results.
Es ist ferner vorteilhaft möglich, die Koeffizienten selbst in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu wählen bzw. zu modifizieren. Beispielsweise kann für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine ein anderer Satz von Koeffizienten verwendet werden als für einen Leerlaufbetrieb. Bei Bedarf bzw. zur weiteren Vereinfachung können – zumindest zeitweise – auch einzelne Koeffizienten zu Null gesetzt werden, was insbesondere in solchen Betriebsbereichen zweckmäßig ist, in denen die dem betreffenden Koeffizienten zugeordnete Betriebsgröße einen nur geringen Einfluss auf die im Wege der Linearkombination zu ermittelnde Größe hat.It is also advantageously possible, the coefficients themselves depending on an operating condition of the internal combustion engine to choose or modify. For example, for a cold start of the engine another set of coefficients be used as for an idling operation. If necessary or for further simplification can - at least temporarily - even individual coefficients set to zero which is particularly useful in such operating areas in which the size of the business associated with the coefficient in question is only a small influence on the way by the linear combination has to be determined size.
Besonders vorteilhaft können die Koeffizienten für die erfindungsgemäßen Linearkombinationen auch während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine modifiziert werden, beispielsweise um sich ändernden Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen oder eine fortlaufende Anpassung der Koeffizienten zu ermöglichen.Especially Advantageously, the coefficients for the inventive Linear combinations even during normal operation of the Internal combustion engine to be modified, for example, changing Operating conditions or a continuous adjustment to allow the coefficients.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren vorteilhaft allein die Auswertung der beschriebenen Linearkombinationen in Abhängigkeit von ohnehin in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorliegenden Betriebsgrößen sowie der vorgehaltenen Koeffizienten und darüber hinaus die Auswertung der mathematischen Funktion(en) zur Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks. Diese Berechnungen können sehr effizient, insbesondere auch in Echtzeit, von herkömmlichen Steuergeräten für Brennkraftmaschinen durchgeführt werden und erlauben daher eine Echtzeitbetrachtung des Verbrennungsdrucks.The inventive method requires in contrast to the conventional methods advantageous alone the evaluation the described linear combinations as a function of present anyway in a control unit of the internal combustion engine Farm sizes and the coefficients held and furthermore the evaluation of the mathematical function (s) for approximating the time course of the combustion pressure. These Calculations can be very efficient, especially in Real-time, from conventional control devices for Internal combustion engines are performed and therefore allow a real-time view of the combustion pressure.
Unter Verwendung des erfindungsgemäß in Echtzeit ermittelten Verbrennungsdrucks kann der Betrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft gesteuert und/oder geregelt werden, insbesondere mit dem Ziel der Optimierung der Kraftstoffverbrennung zum Zwecke der Emissionsreduktion.Under Use of the inventively determined in real time Combustion pressure, the operation of the internal combustion engine advantageous be controlled and / or regulated, in particular with the aim of Optimization of fuel combustion for the purpose of emission reduction.
Der erfindungsgemäß ermittelte Verbrennungsdruck und eine hieraus ableitbare Brennraumtemperatur können vorteilhaft beispielsweise dazu verwendet werden, einen Drehmomentwirkungsgrad einer Teileinspritzung, insbesondere einer Nacheinspritzung, zu berechnen oder einen Zündwinkel für eine Nacheinspritzung.Of the According to the invention determined combustion pressure and a combustion chamber temperature derivable therefrom can be advantageous For example, be used to a torque efficiency of a Partial injection, in particular a post-injection to calculate or an ignition angle for a post-injection.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für eine prädiktive Verbrennungsoptimierung durch eine dynamische Anpassung der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, das heißt insbesondere auch während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine.Especially the method according to the invention is also suitable for a predictive combustion optimization by a dynamic adaptation of the operating variables of the Internal combustion engine, that means especially during a duty cycle of the internal combustion engine.
Eine weitere Steigerung der Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Ermittlung des Verbrennungsdrucks kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass mindestens eine der Linearkombinationen zumindest teilweise unter Verwendung einer Wertetabelle gebildet wird. Das heißt, insbesondere häufig verwendete Produkte aus bestimmten Koeffizienten und entsprechenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine können vorteilhaft in einer Lookup-Table oder dergleichen abgelegt werden, so dass das betreffende Produkt nicht ständig in Echtzeit ausgewertet werden muss. Dadurch kann eine Recheneinheit eines das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Steuergeräts weiter entlastet werden. Auch die erfindungsgemäß betrachteten mathematischen Funktionen zur Approximierung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks können einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge zumindest teilweise unter Verwendung einer Wertetabelle ausgewertet werden.A further increase in the efficiency of the method according to the invention in determining the combustion pressure can advantageously be achieved in that at least one of the Linearkombinatio NEN is formed at least partially using a table of values. That is, in particular frequently used products from certain coefficients and corresponding operating variables of the internal combustion engine can be advantageously stored in a lookup table or the like, so that the product in question does not need to be constantly evaluated in real time. As a result, an arithmetic unit of a control device implementing the method according to the invention can be further relieved. The inventively considered mathematical functions for approximating the time profile of the combustion pressure can also be evaluated according to a further advantageous variant of the invention at least partially using a value table.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 20 angegeben.When another solution of the object of the present invention is a control device according to claim 20 indicated.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Further Features, applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features form for itself or in any combination the subject of the invention, independently from its summary in the claims or their relationship and regardless of theirs Formulation or presentation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Zur vereinfachten Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Modell zu verwenden, welches den zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff in Abhängigkeit des Zündverzugs τ, des Maximalwerts prise des Verbrennungsdrucks pdiff und der Anstiegszeit trise zwischen einem Beginn der Verbrennung in dem betrachteten Zylinder und dem Erreichen des Maximalwerts prise für den Verbrennungsdruck beschreibt.In order to simplify the determination of the time course of the combustion pressure p diff, it is proposed to use a model which determines the time profile of the combustion pressure p diff as a function of the ignition delay τ, the maximum value p rise of the combustion pressure p diff and the rise time t rise between a start of the combustion time Combustion in the considered cylinder and reaching the maximum value p rise for combustion pressure.
Die drei vorstehend genannten Betriebsgrößen τ, prise, trise der Brennkraftmaschine können erfindungsgemäß vorteilhaft sehr effizient in einem die Brennkraftmaschine steuernden Steuergerät ermittelt werden, so dass insbesondere auf die von herkömmlichen Verfahren bekannte Auswertung von Differentialgleichungen verzichtet werden kann. Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine echtzeitfähige Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff.According to the invention, the three above-mentioned operating variables τ, p rise , t rise of the internal combustion engine can advantageously be determined very efficiently in a control unit controlling the internal combustion engine, so that in particular the evaluation of differential equations known from conventional methods can be dispensed with. Thus, the inventive method allows a real-time capable determination of the time course of the combustion pressure p diff .
Bei der vorliegend beispielhaft betrachteten selbstzündenden Brennkraftmaschine beschreibt der Zündverzug τ die Zeitdauer zwischen der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum und einem tatsächlichen Verbrennungsbeginn in dem Brennraum des Zylinders.at the self-igniting example considered here by way of example Internal combustion engine describes the ignition delay τ the Time duration between the fuel injection into the combustion chamber and an actual start of combustion in the combustion chamber of the cylinder.
Die Zeitdauer zwischen dem Verbrennungsbeginn und dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks prise in dem Brennraum des Zylinders definiert die erfindungsgemäß betrachtete Anstiegszeit trise.The time duration between the start of combustion and the attainment of the maximum combustion pressure p rise in the combustion chamber of the cylinder defines the rise time t rise considered in accordance with the invention.
Bei dem Maximalwert prise des Verbrennungsdrucks pdiff handelt es sich um den maximalen Wert des Verbrennungsdrucks pdiff, wie er sich nach dem Ablauf der Anstiegszeit trise dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine einstellt.The maximum value p rise of the combustion pressure p diff is the maximum value of the combustion pressure p diff , as it adjusts to the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine after the end of the rise time t rise .
Erfindungsgemäß wird
ein zeitlicher Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff abschnittsweise über verhältnismäßig
einfach auswertbare mathematische Funktionen approximiert. Dieser
Sachverhalt ist durch das schematische Funktionsdiagramm der
Das
erfindungsgemäße Verfahren kann im wesentlichen
beispielsweise durch eine nicht abgebildete Recheneinheit des Steuergeräts
Als
Eingangsgrößen werden dem Funktionsblock
Erfindungsgemäß werden
vorteilhaft zwei mathematische Funktionen M1, M2 betrachtet, um unterschiedliche
Abschnitte des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff zu approximieren. Die mathematischen
Funktionen M1, M2 werden wie in
Besonders
vorteilhaft wird die erste mathematische Funktion M1 zur Approximierung
des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff vor
beziehungsweise bis zu dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks
prise verwendet. Dieser Abschnitt des zeitlichen
Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff ist
in dem Schaubild der
Der
in
Die Zeitdauer zwischen dem Verbrennungsbeginn und dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks prise entspricht wie bereits beschrieben der erfindungsgemäß betrachtete Anstiegszeit trise und korrespondiert dementsprechend mit der Kurbelwellenwinkeldifferenz φmax – φ0.The time duration between the start of combustion and the attainment of the maximum combustion pressure p rise corresponds, as already described, to the rise time t rise considered in accordance with the invention and accordingly corresponds to the crankshaft angle difference φ max -φ 0 .
Erfindungsgemäß wird als erste mathematische Funktion M1 vorteilhaft eine Parabel verwendet, die durch die Gleichung repräsentiert ist.According to the invention, the first mathematical function M1 is advantageously a parabola, which is given by the equation is represented.
Aufgrund der Äquivalenz des Kurbelwellenwinkels φ mit der Zeit gibt die vorstehende mathematische Funktion in entsprechender Weise auch den zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff in dem betrachteten Intervall an.Due to the equivalence of the crankshaft angle φ with time, the above mathematical function also indicates in a corresponding manner the time profile of the combustion pressure p diff in the considered interval.
Die
zweite mathematische Funktion M2 (
Die
zweite mathematische Funktion M2 lautet bevorzugt: wodurch sich für
den entsprechenden Abschnitt M2' in
Die
erfindungsgemäß betrachteten mathematischen Funktionen
M1, M2 eignen sich Untersuchungen der Anmelderin zufolge besonders
gut, um effizient und dennoch präzise den tatsächlichen
Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff zu
approximieren. Die gute Übereinstimmung der erfindungsgemäß erhaltenen
Approximierung durch die Graphen M1', M2' gemäß
Erfindungsgemäß werden
die zur Auswertung der mathematischen Funktionen M1, M2 erforderlichen
Größen Zündverzug τ, Anstiegszeit
trise und Maximalwert prise des
Verbrennungsdrucks in Abhängigkeit unterschiedlicher Linearkombinationen
L1, L2, L3 von weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
Die
Linearkombinationen L1, L2, L3 werden erfindungsgemäß durch
den Funktionsblock
Besonders
bevorzugt wird der Zündverzug τ durch die erste
erfindungsgemäße Linearkombination L1 (
Der
Raildruck prail liefert eine Aussage über die
Zerstäubung des Kraftstoffs in dem Brennraum der Brennkraftmaschine
Die
Brennraumtemperatur tinj der Brennraumdruck
pinj zu dem Zeitpunkt des Ansteuerbeginns
beeinflussen die Verdampfung des Kraftstoffs in dem Brennraum. Beispielsweise
führt eine höhere Brennraumtemperatur tinj einer schnelleren Verdampfung des Kraftstoffs
in dem Brennraum der Brennkraftmaschine
Die
Drehzahl n korrespondiert mit der Geschwindigkeit des Kolbens des
betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine
Die
Abgasrückführrate rEGR dient
der Ermittlung des Gemisch-Verhältnisses aus Luft und Abgas in
dem Brennraum des betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine
Erfindungsgemäß wird
vorteilhaft auch die Anstiegszeit trise Abhängigkeit
einer zweiten Linearkombination L2 (
Bevorzugt
wird die Anstiegzeit trise zu
Die
Verbrennung von bereits verdampftem Kraftstoff beginnt, während
der restliche Kraftstoff noch verdampft, was zu einer Verlängerung
der Anstiegszeit trise Der Druck zu Ansteuerbeginn,
die Drehzahl n und der Raildruck prail haben
einen ähnlichen Einfluss auf die Anstiegszeit trise wie auf den Zündverzug τ,
der mittels der erfindungsgemäßen ersten Linearkombination
L1 (
Die
dritte erfindungsgemäße Linearkombination L3 ist
vorteilhaft dazu vorgesehen, eine effiziente Ermittlung des Maximalwerts
prise des Verbrennungsdrucks zu ermöglichen:
Der
erfindungsgemäß ermittelte maximale Verbrennungsdruck
prise berücksichtigt demnach die in
den Brennraum des betrachteten Zylinders der Brennkraftmaschine
Ebenso wie die Koeffizienten a1, a2, a3, a4, a5 der ersten Linearkombination L1 können auch die Koeffizienten b1, b2, b3, b4, b5 sowie c1, c2 experimentell ermittelt werden, beispielsweise unter Verwendung statistischer Optimierungsverfahren, insbesondere genetischer Algorithmen oder auch Verfahren des simulated annealing-Typs.Like the coefficients a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 of the first linear combination L1, the coefficients b 1 , b 2 , b 3 , b 4 , b 5 and c 1 , c 2 can also be determined experimentally, for example using statistical optimization methods, in particular genetic algorithms or also methods of the simulated annealing type.
Neben
den für die erfindungsgemäßen Linearkombinationen
L1, L2, L3 vorstehend genannten Betriebsgrößen
können auch weitere Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine
Es
ist ferner vorteilhaft möglich, einen oder mehrere Koeffizienten
selbst in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine
Besonders
vorteilhaft können die Koeffizienten für die erfindungsgemäßen
Linearkombinationen L1, L2, L3 auch während eines Normalbetriebs
der Brennkraftmaschine
Eine weitere Steigerung der Effizienz bei der erfindungsgemäßen Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff ist dadurch gegeben, dass mindestens eine der Linearkombinationen L1, L2, L3 zumindest teilweise unter Verwendung einer Wertetabelle gebildet wird.A further increase in the efficiency in the inventive determination of the time profile of the combustion pressure p diff is given by the fact that at least one of the linear combinations L1, L2, L3 is formed at least partially using a table of values.
Eine vergleichbare Optimierung ist ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Auswertung der mathematischen Funktion M1, M2 möglich.A Comparable optimization is likewise in the case of the invention Evaluation of the mathematical function M1, M2 possible.
Unter
Kenntnis des erfindungsgemäß in Echtzeit ermittelten
zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsdrucks pdiff kann
die Brennkraftmaschine
Insbesondere kann durch Auswertung entsprechender thermodynamischer Zusammenhänge in dem Fachmann bekannter Weise auch eine Brennraumtemperatur aus dem erfindungsgemäß in Echtzeit ermittelten zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks pdiff ermittelt werden.In particular, by evaluating corresponding thermodynamic relationships in a manner known to the person skilled in the art, a combustion chamber temperature can also be determined from the time curve of the combustion pressure p diff determined according to the invention in real time.
Unter
Kenntnis der erfindungsgemäß echtzeitfähig
ermittelten Größen Verbrennungsdruck pdiff, Brennraumtemperatur kann einer weiteren
Erfindungsvariante zufolge vorteilhaft ein Drehmomentwirkungsgrad
einer Teileinspritzung, insbesondere einer Nacheinspritzung ermittelt
werden. Der Drehmomentwirkungsgrad der Teileinspritzung gibt an, welchen
Beitrag die Teileinspritzung zu einem erzeugten Drehmoment der Brennkraftmaschine
leistet. Da die Größen Verbrennungsdruck pdiff, Brennraumtemperatur erfindungsgemäß in
Echtzeit ermittelt werden, kann eine besonders präzise
Bestimmung des Drehmomentwirkungsgrads einer Teileinspritzung erfolgen,
indem die aktuellen Werte des Verbrennungsdrucks pdiff und
der Brennraumtemperatur zu dem Zeitpunkt des Beginns der betreffenden Teileinspritzung
herangezogen werden, um den Drehmomentwirkungsgrad hieraus zu ermitteln.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen der
Drehmomentwirkungsgrad kennfeldbasiert ermittelt wird – und
damit an sich nur für diejenigen Umgebungsbedingungen (z.
B. Temperatur des Motorblocks, Atmosphärendruck) gültig
ist, die auch bei der Erstellung bzw. Applikation des Kennfelds
vorlagen – liefert das erfindungsgemäße
Verfahren auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen
stets präzise Werte. Ferner müssen vorteilhaft
keine Kennfelder mehr in dem Steuergerät
Unter
Kenntnis des erfindungsgemäß mit hoher Präzision
ermittelten Drehmomentwirkungsgrads kann vorteilhaft die Einstellung
einer gewünschten Gesamtkraftstoffmenge, d. h. für
eine Haupteinspritzung und ggf. für ein oder mehrere Teileinspritzungen,
bezogen auf das gewünschte Drehmoment genauer vorgenommen
werden als mit den herkömmlichen Verfahren. Schließlich
kann auch der Gesamtwirkungsgrad, d. h. das Verhältnis
aus Drehmoment und eingespritzter Gesamtkraftstoffmenge, unter Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit größerer
Präzision angegeben werden, was für viele weitere
Funktionen im Rahmen der Steuerung der Brennkraftmaschine
Unter
Kenntnis der erfindungsgemäß echtzeitfähig
ermittelten Größen Verbrennungsdruck pdiff, Brennraumtemperatur kann noch einer
weiteren Erfindungsvariante zufolge vorteilhaft ein Zündwinkel für
eine Nacheinspritzung ermittelt werden. Beispielsweise kann vorteilhaft
ein Grenzwert für den Zündwinkel ermittelt werden,
ab dem die Zündbedingungen in dem Brennraum der Brennkraftmaschine
Bei bekannten Verfahren dieser Art wird der Grenzwinkel für die Nacheinspritzung üblicherweise kennfeldbasiert ermittelt und weist daher die vorstehend bereits mehrfach erörterten Ungenauigkeiten (z. B. aufgrund veränderter Umgebungsbedingungen) auf. Um dennoch sicherstellen zu können, dass die zur Heizung des Oxidationskatalysators vorgesehene Kraftstoffmenge sich nicht bereits in dem Brennraum entzündet, wählen herkömmliche Verfahren einen sehr späten Kurbelwellenwinkel für die entsprechende Nacheinspritzung, der beispielsweise durch einen entsprechenden Sicherheitszuschlag auf den kennfeldbasierten Wert erhalten wird. Der Sicherheitszuschlag kann auch bereits in dem Kennfeld enthalten sein. Der herkömmlich sehr spät gewählte Kurbelwellenwinkel führt nachteilig zu einem erhöhten Kraftstoffeintrag in das Motoröl, weil ein Teil der Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung an den bereits deutlich abgekühlten Zylinderwänden kondensiert.at known method of this kind is the critical angle for the post-injection usually determined map-based and therefore has the previously discussed several times Inaccuracies (eg due to changed environmental conditions) on. To be able to make sure that the heating the amount of fuel provided by the oxidation catalyst is not already ignited in the combustion chamber, choose conventional Method a very late crankshaft angle for the corresponding post-injection, for example, by a corresponding safety margin on the map-based value is obtained. The security surcharge can already be found in the Map should be included. The conventionally very late Selected crankshaft angle leads adversely an increased fuel input into the engine oil, because part of the fuel quantity of the post-injection to the already condensed significantly cooled cylinder walls.
Diese Nachteile werden unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips vermieden, weil der optimale Zündwinkel für eine zur Katalysatorheizung zu verwendende Nacheinspritzung unter Kenntnis der erfindungsgemäß echtzeitfähig ermittelten Größen Verbrennungsdruck pdiff, Brennraumtemperatur sehr präzise bestimmt werden kann. D. h., unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips kann der optimale Zündwinkel für eine zur Katalysatorheizung zu verwendende Nacheinspritzung so genau bestimmt werden, dass mit Sicherheit keine unerwünschte Entzündung in dem Brennraum mehr erfolgt, und dass der Brennraum dennoch nicht bereits so stark abgekühlt ist, dass der Kraftstoffeintrag in das Motoröl durch die Nacheinspritzung erhöht wird.These disadvantages are avoided by using the principle according to the invention, because the optimum ignition angle for a post-injection to be used for catalyst heating can be determined very precisely with knowledge of the variables real-time capable of combustion pressure p diff , combustion chamber temperature. That is to say, using the principle according to the invention, the optimum ignition angle for a post-injection to be used for the catalyst heating can be determined so accurately that no undesired ignition in the combustion chamber takes place with certainty, and that the combustion chamber has not cooled down so much yet, that the fuel input into the engine oil is increased by the post-injection.
Insbesondere
in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 1477651 A1 [0005] EP 1477651 A1 [0005]
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DE102008002477.5 | 2008-06-17 | ||
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DE102008044013A DE102008044013A1 (en) | 2008-06-17 | 2008-11-24 | Method for determining combustion pressure of combustion chamber of internal combustion engine of motor vehicle, involves determining combustion pressure depending on ignition delay, maximum value of combustion pressure and rise time |
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DE102008044013A1 true DE102008044013A1 (en) | 2009-12-24 |
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-
2008
- 2008-11-24 DE DE102008044013A patent/DE102008044013A1/en not_active Withdrawn
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