DE102008049205A1

DE102008049205A1 - Verfahren zur Bestimmung der Aussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008049205A1
Application number: DE200810049205
Authority: DE
Inventors: Marco Bross; Michael Karl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Brennkammer, insbesondere einem Zylinder, umfassend die Schritte: direktes und/oder indirektes Messen eines Druckverlaufs ab einem Zündzeitpunkt in der Brennkammer, wobei das Messen über mehrere Zündzyklen wiederholt wird, Berechnen einer Verteilung einer Steigung des Druckverlaufs ab dem Zündzeitpunkt über mehrere Zündzyklen, Vergleich der Verteilung mit einem Minimalwert und Bestimmen der Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit anhand der Werte der Verteilung, die kleiner als der Minimalwert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Motorprüfstand zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors im Magerbetrieb.
Mit der Einführung von direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren kann man weitere Verbrauchspotentiale erschließen. Allerdings besteht nun im Vergleich zu den bisherigen Konzepten mit homogener Luft-Treibstoff-Durchmischung das Risiko, dass die lokale Konzentration des Treibstoffs im Bereich der Zündkerze zum Zündzeitpunkt nicht brennbar ist und sich „Aussetzer” ereignen. Das heißt, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch unverbrannt den Zylinder durch das Auslassventil verlässt. Um zu bewerten, ob die Applikationsparameter, z. B. Zündzeitpunkt, Einspritzzeiträume, Anzahl der Einspritzungen usw., eine akzeptabel niedrige oder inakzeptabel hohe Aussetzerwahrscheinlichkeit haben, mussten bisher sehr viele, zum Teil bis zu 600, Verbrennungszyklen am Prüfstand gefahren werden. Nur so konnte anhand der Anzahl der tatsächlichen Aussetzer auf die Aussetzerwahrscheinlichkeit geschlossen werden.
Da generell nur sehr wenige Verbrennungsaussetzer akzeptabel sind und deshalb allgemein nicht so häufig auftreten, ist die Anzahl von Aussetzern in den besagten 600 Zyklen sehr gering. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Irrtumswahrscheinlichkeit: Angenommen, man bezeichnet einen Datenstand mit einem Aussetzer pro 600 Zyklen noch als gut, und einen mit zwei Aussetzern als schlecht, so weist der Datenstand mit einem Aussetzer eine Wahrscheinlichkeit von 25% auf, in 600 Testzyklen zwei oder mehr Aussetzer zu generieren. Analog wird ein Datenstand mit 2 Ausset zern pro 600 Zyklen mit einer Wahrscheinlichkeit von 40% für gut befunden, da nur 0 oder 1 Aussetzer messbar waren.
Des Weiteren ist der Zeitbedarf für die genannten 600 Zyklen sehr hoch, was sowohl die knappe Ressource Funktionsprüfstand beansprucht als auch entsprechende Kosten nach sich zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, um die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine bei schneller und einfacher Durchführung genau zu bestimmen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit mindestens einer Brennkammer, insbesondere einem Zylinder, umfassend die folgenden Schritte: In einem ersten Schritt wird ein Druckverlauf ab einem Zündzeitpunkt in der Brennkammer direkt oder indirekt gemessen, wobei das Messen über mehrere Zündzyklen wiederholt wird. In einem zweiten Schritt wird eine Verteilung einer Steigung des Druckverlaufes ab dem Zündzeitpunkt über mehrere Zündzyklen berechnet und in einem dritten Schritt wird diese Verteilung mit einem Minimalwert verglichen. Dabei erfolgt ein Bestimmen der Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit anhand der Werte der Verteilung, die kleiner als der Minimalwert sind. Somit kann mit viel weniger Zyklen als bisher die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors im Magerbetrieb, effektiv bestimmt werden.
Anstatt die Aussetzerwahrscheinlichkeit dadurch zu bestimmen, dass man die Anzahl der Aussetzer selbst bestimmt, wird dafür eine indirekte, aber schneller messbare Größe herangezogen. Somit wird für die Verteilung der Steigung des Druckverlaufs ab dem Zündzeitpunkt eine Verteilung, insbesondere Gaussverteilung, geschätzt. Man kann eine minimale Steigung für den Druckverlauf angeben, die nur durch die Kompression der eingeschlossenen Luft, d. h. ohne Umsetzung von Treibstoff, gegeben ist (Minimalwert). Der Teil der Verteilung, insbesondere Gausskurve, der links von dieser minimalen Steigung ist, ist streng korreliert mit der Aussetzerwahrscheinlichkeit. Um eine solche Verteilung, insbesondere Gausskurve, zu schätzen, genügen maximal 200 Zyklen.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zur Berechnung der Verteilung eine Gauß'sche Normalverteilung geschätzt wird. Der Fachmann wird erkennen, dass in diesem Zusammenhang jedoch auch andere Verteilungen, insbesondere Wahrscheinlichkeitsverteilungen, zur Anwendung kommen können.
Ferner von Vorteil ist es, dass sich der Minimalwert durch den Druckverlauf eines totalen Verbrennungsaussetzers definiert, wobei ein totaler Verbrennungsaussetzer einen Zündzyklus ohne Verbrennung von Treibstoff entspricht, d. h., bei diesem Minimalwert wird lediglich die eingeschlossene Luft im Zylinder komprimiert, ohne dass dabei Treibstoff umgesetzt wird.
Weiterhin vorteilhaft ist es, lediglich 200 Zündzyklen zu messen. Besonders bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für sehr kurze Messzeiträume ergibt sich die vorteilhafte Zeit- und Kosteneinsparung.
Die Erfindung umfasst ferner einen Motorenprüfstand zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Brennkammer, insbesondere einem Zylinder. Dieser Motorenprüfstand umfasst eine Messvorrichtung, welche ausgebildet ist, einen Druckverlauf ab einem Zündzeitpunkt einer Brennkammer über mehrere Zündzyklen direkt und/oder indirekt zu messen sowie eine Berechnungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Verteilung einer Steigung des Druckverlaufs ab dem Zündzeitpunkt für mehrere Zündzyklen zu berechnen. Ferner umfasst der Motorenprüfstand eine Auswertungseinheit, welche ausgebildet ist, die Verteilung mit einem Minimalwert zu vergleichen und die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit anhand der Werte der Verteilung, die kleiner als der Minimalwert sind, zu bestimmen.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen des bereits diskutierten erfindungsgemäßen Verfahrens kommen selbstverständlich auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Motorenprüfstand vorteilhaft zum Einsatz.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung genauer erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Druckverteilung in einem Zylinder bei schlechter und bei guter Applikation,
2 eine Gauß'sche Normalverteilung einer Steigung des Druckverlaufs bei guter Applikation, und
3 eine Gauß'sche Normalverteilung einer Steigung des Druckverlaufs bei schlechter Applikation.
1 zeigt den Druckverlauf in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors im Magerbetrieb bei schlechter und guter Applikation. Dabei gibt die horizontale Achse 2 den Drehwinkel der Kurbelwelle an. Die orthogonale Achse 1 gibt den Druck im Zylinder in bar an. Eine erste Kurve 3 bezeichnet den Druckverlauf der guten Applikation und eine zweite Kurve 4 bezeichnet den Druckverlauf der schlechten Applikation. Eine dritte Kurve 5 stellt den Druckverlauf bei einem Verbrennungsaussetzer dar. Wie gut zu sehen ist, befindet sich der Maximalwert der dritten Kurve 5 bei 0° Kurbelwellenstellung, wohingegen sich die Maximalwerte der ersten Kurven 3 und der zweiten Kurve 4 etwas rechts der 0°-Kurbelwellenstellung befinden. Die Vertikale 6 bezeichnet den Zündzeitpunkt des Zylinders.
2 zeigt eine Gauß'sche Normalverteilung einer Steigung des Druckverlaufes in dem Zylinder mit guter Applikation. Die horizontale Achse 8 stellt eine Tangentensteigung dar und die zugehörige Orthogonale 7 steht für die Häufigkeit der Steigung. Eine Häufigkeitsverteilung der Steigung 9 kann durch eine Gauß'sche Normalverteilung 10 geschätzt werden.
3 zeigt eine Häufigkeitsverteilung einer Steigung des Druckverlaufs in dem Zylinder mit schlechter Applikation. Dabei ist wiederum auf der horizontalen Achse 8 die Tangentensteigung und auf der Orthogonalen 7 die Häufigkeitsverteilung zu sehen. Der Vergleich von 2 und 3 zeigt, dass in 3 eine Häufigkeit der Steigung 11 sehr viel weiter nach links verschoben ist, da in dem Zylinder mit der schlechten Applikation sehr viel mehr Verbrennungsaussetzer auftreten und somit oft die Steigung des Druckverlaufs schlechter ausfällt als in dem Zylinder mit guter Applikation. Auch in 3 kann die Häufigkeitsverteilung der Steigung 11 durch eine Gauß'sche Normalverteilung 12 geschätzt werden.
Durch Setzen einer Minimaltangentensteigung in die 2 und 3 kann nun die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit des Zylinders mit guter bzw. schlechter Applikation bestimmt werden. Dabei entspricht der Wert für die minimale Tangentensteigung einem Druckverlauf eines totalen Verbrennungsaussetzers, welcher definiert ist durch einen Zündzyklus ohne Verbrennen von Treibstoff.
Somit zeigt sich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie durch den erfindungsgemäßen Motorenprüfstand die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine exakt und schnell bestimmt werden kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann die Erfindung deutlich qualitativere Aussagen mit geringerer Irrtumswahrscheinlichkeit bei deutlich verringertem Zeit- und somit Kostenbedarf liefern.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Brennkammer, insbesondere einem Zylinder, umfassend die Schritte: – direktes und/oder indirektes Messen eines Druckverlaufs ab einem Zündzeitpunkt in der Brennkammer, wobei das Messen über mehrere Zündzyklen wiederholt wird, – Berechnen einer Verteilung einer Steigung des Druckverlaufs ab dem Zündzeitpunkt über mehrere Zündzyklen; – Vergleich der Verteilung mit einem Minimalwert und Bestimmen der Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit anhand der Werte der Verteilung, die kleiner als der Minimalwert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Verteilung eine Gaußsche Normalverteilung geschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert durch den Druckverlauf eines totalen Verbrennungsaussetzers definiert ist, wobei ein totaler Verbrennungsaussetzer einem Zündzyklus ohne verbrennen von Treibstoff entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 200 Zündzyklen gemessen werden.
Motorenprüfstand zur Bestimmung einer Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Brennkammer, insbesondere einem Zylinder, umfassend – eine Messvorrichtung, welche ausgebildet ist einen Druckverlaufs ab einem Zündzeitpunkt in der Brennkammer über mehrere Zündzyklen direkt und/oder indirekt zu messen, – eine Berechnungseinheit, welche ausgebildet ist eine Verteilung einer Steigung des Druckverlaufs ab dem Zündzeitpunkt über mehrere Zündzyklen zu berechnen, und – eine Auswertungseinheit, welche ausgebildet ist die Verteilung mit einem Minimalwert zu vergleichen und die Verbrennungsaussetzerwahrscheinlichkeit anhand der Werte der Verteilung, die kleiner als der Minimalwert sind zu bestimmen.
Motorenprüfstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit zur Berechnung der Verteilung eine Gaußsche Normalverteilung schätzt.
Motorenprüfstand nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert durch den Druckverlauf eines totalen Verbrennungsaussetzers definiert ist, wobei ein totaler Verbrennungsaussetzer einem Zündzyklus ohne verbrennen von Treibstoff entspricht.
Motorenprüfstand nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 200 Zündzyklen gemessen werden.