DE102012203671B4 - Speed-based combustion position estimation for a combustion engine with at least one cylinder - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Schätzung einer Verbrennungslage für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei die Verbrennungslage aus einem Merkmal hergeleitet wird, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal für Werte der Drehzahl aus einer Kompressionsphase und einer Verbrennungsphase des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet wird, und dass bei der Berechnung des Merkmals Symmetrieeigenschaften eines entsprechenden Kompressionsmoments ausgenutzt werden.Method for estimating a combustion position for combustion in an internal combustion engine with at least one cylinder, the combustion position being derived from a feature which is based on an evaluation of a speed of a crankshaft of the internal combustion engine, characterized in that the feature for values of the speed from a compression phase and a combustion phase of the at least one cylinder of the internal combustion engine is calculated, and that symmetry properties of a corresponding compression torque are utilized in the calculation of the feature.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung einer Verbrennungslage für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Ferner wird eine entsprechende Anordnung zur Verbrennungslageschätzung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt.The present invention relates to a method for estimating a combustion position for combustion in an internal combustion engine with at least one cylinder. A corresponding arrangement for estimating the combustion position for an internal combustion engine with at least one cylinder is also provided.
Stand der TechnikState of the art
Für Pkw-Anwendungen sind diverse drehzahlbasierte Verfahren bekannt, wie beispielsweise eine Einspritzmengenkalibrierung, eine Verbrennungslageschätzung, eine Aussetzererkennung etc. Aufgrund einer Überlagerung von Einflüssen von Zylindern eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern sind Auswerte-Möglichkeiten jedoch stark eingeschränkt.Various speed-based methods are known for passenger vehicle applications, such as injection quantity calibration, combustion position estimation, misfire detection, etc. However, evaluation options are severely limited due to a superimposition of influences from cylinders of an internal combustion engine with multiple cylinders.
Aus der
Bei Zweirad-Anwendungen, d.h. bei Verwendung bzw. Einsatz eines Verbrennungsmotors mit nur einem Zylinder entfällt eine Überlagerung von Einflüssen mehrerer Zylinder, so dass ggf. ein drehzahlbasiertes Verfahren einfacher auszuwerten ist.In the case of two-wheeler applications, i.e. when using an internal combustion engine with only one cylinder, there is no overlapping of the influences of several cylinders, so that a speed-based method may be easier to evaluate.
Die
Die
Die
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nunmehr, eine verbesserte Schätzung einer Verbrennungslage für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bereitzustellen.An object of the present invention was now to provide improved estimation of a combustion position for combustion in an internal combustion engine having at least one cylinder based on a speed of the internal combustion engine.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 7 bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a method according to
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Schätzung einer Verbrennungslage für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt, wobei die Verbrennungslage aus einem Merkmal hergeleitet wird, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert. Das Merkmal wird dabei für Werte der Drehzahl aus einer Kompressionsphase und einer Verbrennungsphase in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors berechnet. Bei der Berechnung des Merkmals werden Symmetrieeigenschaften eines entsprechenden Kompressionsmoments ausgenutzt.According to the invention, a method for estimating a combustion position for a combustion in an internal combustion engine with at least one cylinder is provided, the combustion position being derived from a feature which is based on an evaluation of a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine. The feature is calculated for values of the speed from a compression phase and a combustion phase in the at least one cylinder of the internal combustion engine. When calculating the feature, symmetry properties of a corresponding compression moment are used.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zur Berechnung des Merkmals herangezogenen Werte der Drehzahl aus der gesamten Kompressions- und Verbrennungsphase genommen. Es können dabei ferner mehrere Werte der Drehzahl verwendet werden.According to a possible embodiment of the method according to the invention, the values of the speed used to calculate the feature are taken from the entire compression and combustion phase. Furthermore, several values of the speed can be used.
Die Verbrennungslage wird bspw. durch einen Wert MFB50 definiert, der einen Kurbelwellenwinkel bezeichnet, bei dem 50% einer Kraftstoffmasse, welche dem Zylinder zugeführt wurde, durch Verbrennung umgesetzt sind. Der so definierte Kurbelwellenwinkel beschreibt demnach den Schwerpunkt der Verbrennung bezogen auf den Kurbelwellenwinkel °KW. Bei dem Kurbelwellenwinkel des MFB50 ist also die Hälfte eines Heizwertes einer eingespritzten Kraftstoffmasse in Wärme umgesetzt. Eine Definition des MFB50-Wertes findet sich bspw. bei J.B. Heywood, International Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill 1998.The position of combustion is defined, for example, by a value MFB50, which designates a crankshaft angle at which 50% of a fuel mass that has been supplied to the cylinder has been converted by combustion. The crankshaft angle defined in this way describes the focus of combustion in relation to the crankshaft angle °KW. The crankshaft angle of the MFB50 is therefore half a calorific value of an injected fuel mass is converted into heat. A definition of the MFB50 value can be found, for example, in JB Heywood, International Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill 1998.
Ist die Verbrennungslage bekannt, so kann diese z.B. über einen Zündwinkel geregelt werden. Der Zündwinkel gibt dabei an, bei wie viel °KW vor dem zentralen oberen Totpunkt (ZOT) ein Kraftstoffgemisch in einem Zylinder durch einen entsprechenden Zündfunken gezündet wird. Oft wird der Zündwinkel auch als Zündverzug bezeichnet. Somit wird eine stabilere Verbrennung bei verbesserten Emissionen ermöglicht. Weiterhin kann eine Momentenmaximierung erreicht werden.If the position of combustion is known, it can be controlled, for example, via an ignition angle. The ignition angle indicates at how many °KW before the central top dead center (ZOT) a fuel mixture in a cylinder is ignited by a corresponding ignition spark. The ignition angle is often also referred to as the ignition delay. This enables more stable combustion with improved emissions. Furthermore, a moment maximization can be achieved.
Bisher ist eine präzise Bestimmung der Verbrennungslage nur mit Hilfe eines Brennraumdrucksensors möglich. Für Pkw-Anwendungen, d.h. bei Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern gibt es auch drehzahlbasierte Verfahren, diese sind jedoch sehr aufwendig und aufgrund der Überlagerungseinflüsse auf der Kurbelwelle aus Verbrennungstakten weiterer Zylinder weniger präzise als es am 1-Zylinder-Motor möglich wäre.So far, precise determination of the combustion position has only been possible with the help of a combustion chamber pressure sensor. For passenger car applications, i.e. for internal combustion engines with several cylinders, there are also speed-based methods, but these are very complex and less precise than would be possible with a 1-cylinder engine due to the superimposed influences on the crankshaft from combustion cycles of other cylinders.
Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr eine Schätzung der Verbrennungslage eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors durch eine modellbasierte Auswertung eines Drehzahlsignals.According to the invention, the combustion position of an internal combustion engine having at least one cylinder is now estimated by a model-based evaluation of a speed signal.
Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für einen Verbrennungsmotor mit nur einem Zylinder. Aufgrund der Tatsache, dass bei einem 1-Zylinder-Motor keine Überlagerung von Zylindereinflüssen auf eine entsprechende Kurbelwelle stattfindet, kann zur Auswertung des Drehzahlsignals nicht nur die Verbrennungsphase ausgewertet werden und einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden, sondern es können auch in anderen Bereichen eines jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere in einer Kompressionsphase Korrelationen zwischen einer jeweiligen Drehzahl und anderen Größen ohne Einfluss der Verbrennung ausgewertet werden.The method is particularly applicable to an internal combustion engine with only one cylinder. Due to the fact that in a 1-cylinder engine there is no superimposition of cylinder influences on a corresponding crankshaft, not only the combustion phase can be evaluated and assigned to a specific cylinder to evaluate the speed signal, but it can also be used in other areas of a respective working cycle , In particular in a compression phase, correlations between a respective speed and other variables can be evaluated without the influence of the combustion.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl über Zahnzeiten eines entsprechend vorgesehenen Drehzahlgebers bestimmt. Dabei ist es vorteilhaft vor einer Verarbeitung der Drehzahl, bzw. eines entsprechenden Drehzahlsignals durch den Drehzahlgeber entstehende Signalstörungen mit einem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu kompensieren.In a possible embodiment of the method according to the invention, the rotational speed is determined via tooth times of a correspondingly provided rotational speed sensor. In this case, it is advantageous to use a method known from the prior art to compensate for signal disturbances occurring before the speed or a corresponding speed signal is processed by the speed sensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Merkmal jeweils für Werte der Drehzahl aus einer Kompressionsphase und einer Verbrennungsphase in dem mindestens einen Zylinder berechnet und daraus ein Verbrennungsenergieumsetzungs-Merkmal gebildet.According to a further embodiment of the method according to the invention, the feature is calculated for values of the speed from a compression phase and a combustion phase in the at least one cylinder and a combustion energy conversion feature is formed therefrom.
Ferner ist es denkbar, dass das Merkmal jeweils für Werte der Drehzahl aus einer Kompressionsphase und einer Verbrennungsphase in dem mindestens einen Zylinder berechnet und daraus ein Drehmomentverlaufs-Merkmal gebildet wird.It is also conceivable that the feature is calculated for values of the rotational speed from a compression phase and a combustion phase in the at least one cylinder and a torque curve feature is formed therefrom.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels des Verbrennungsenergieumsetzungs-Merkmals oder des Drehmomentverlaufs-Merkmals ein Lage-Merkmal berechnet.According to a further embodiment of the method according to the invention, a position feature is calculated using the combustion energy conversion feature or the torque curve feature.
Das Lage-Merkmal kann dann wiederum mittels einer Kennlinie oder eines Kennfeldes auf die Verbrennungslage abgebildet werden.The position feature can then in turn be mapped to the combustion position by means of a characteristic curve or a characteristic map.
Wie bereits erwähnt, ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren für 2-Zylinder-Verbrennungsmotoren anzuwenden. Bei 2-Zylinder-Verbrennungsmotoren mit symmetrischem Zündabstand kann das erfindungsgemäße Verfahren für den gesamten Winkelbereich von Beginn der Kompressionsphase bis nach Ende der Verbrennung angewendet werden. Für unsymmetrische Zündabstände ist der Winkelbereich, d.h. der Bereich von Beginn der Kompressionsphase bis zum Ende der Verbrennung ggf. dahingehend einzuschränken, um eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder zu erhalten und somit eine möglichst geringe gegenseitige Beeinflussung der Zylinder zu haben.As already mentioned, it is also conceivable to use the method according to the invention for 2-cylinder internal combustion engines. In the case of 2-cylinder internal combustion engines with a symmetrical ignition interval, the method according to the invention can be used for the entire angular range from the start of the compression phase to the end of the combustion. For asymmetrical ignition intervals, the angular range, i.e. the range from the beginning of the compression phase to the end of combustion, should be limited if necessary in order to obtain minimal overlapping of the two cylinders and thus to have the least possible mutual influence of the cylinders.
Die Bestimmung der Verbrennungslage hat verschiedene Anwendungsgebiete. So kann einfacher eine Regelung der Verbrennungslage bzw. eine MFB50%-Regelung durchgeführt werden. Ferner ist eine Erkennung von sogenannten Glühzündungen oder Extremklopfern zur Vermeidung weiterer Extremklopfer und eine Kraftstoffqualitätserkennung sowie eine Momentenmaximierung über einen einzustellenden Zündwinkel möglich.The determination of the position of combustion has various areas of application. This makes it easier to control the position of combustion or MFB50% control. Furthermore, a detection of so-called glow ignitions or extreme knocking to avoid further extreme knocking and a fuel quality detection as well as a torque maximization via an ignition angle to be set is possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne zusätzliche Hardware aus, es handelt sich um eine reine Softwarelösung.The method according to the invention does not require any additional hardware; it is a pure software solution.
Die Verbrennungslage bzw. MFB50% (mass fraction burnt 50%) stellt, wie bereits eingangs erwähnt, den Kurbelwinkel dar, bei dem 50% der Energie des Kraftstoffs umgesetzt wurde. Dieser wird üblicherweise aus dem sogenannten Heizverlauf berechnet.As already mentioned, the combustion position or MFB50% (mass fraction burnt 50%) represents the crank angle at which 50% of the energy of the fuel was converted. This is usually calculated from the so-called heating curve.
Die entsprechenden Gleichungen sind wie folgt:
Integraler Heizverlauf:
MFB:
Dabei stellt QH die Wärmeenergie dar, φ einen Winkel der Kurbelwelle relativ zur Zylinderachse des mindestens einen Zylinders, in welchem der Kraftstoff verbrannt wird, p entspricht dem in dem Zylinder herrschenden Druck, V entspricht dem durch den Kraftstoff eingenommenen Volumen in dem Zylinder undentspricht einem Adiabatenexponenten.Q H represents the thermal energy, φ an angle of the crankshaft relative to the cylinder axis of the at least one cylinder in which the fuel is burned, p corresponds to the pressure prevailing in the cylinder, V corresponds to the volume occupied by the fuel in the cylinder and corresponds to an adiabatic exponent.
entspricht einem Anfangswinkel der Betrachtung eines Heizverlaufs undentspricht bspw. 50% für eine Verbrennungslage, bei welcher 50% der Energie des Kraftstoffs umgesetzt wurde. corresponds to a starting angle of considering a heating history and corresponds, for example, to 50% for a combustion situation in which 50% of the fuel's energy has been converted.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wie bereits voranstehend erwähnt, das Merkmal für alle Werte der Drehzahl mit Beginn einer Kompression bis zum Abschluss der Verbrennung in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors berechnet und zu einem Verbrennungsenergieumsetzungsmerkmal aufsummiert. Das so erhaltene Verbrennungsenergieumsetzungsmerkmal wiederum kann nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung eines Lagemerkmals herangezogen werden. Das Lagemerkmal wird sodann mittels einer applizierten Kennlinie oder eines Kennfeldes auf die Verbrennungslage abgebildet.In one possible embodiment of the method according to the invention, as already mentioned above, the feature is calculated for all values of the speed from the start of compression to the end of combustion in the at least one cylinder of the internal combustion engine and summed up to form a combustion energy conversion feature. The combustion energy conversion feature obtained in this way can in turn be used according to a further embodiment of the method according to the invention for calculating a position feature. The position feature is then mapped onto the combustion position by means of an applied characteristic curve or a characteristic diagram.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Schätzung einer Verbrennungslage für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Die Anordnung umfasst Mittel, die dazu konfiguriert sind, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu bestimmen. Ferner umfasst die Anordnung Mittel, die mit den erstgenannten Mitteln in kommunikativer Verbindung stehen und dazu konfiguriert sind, die Verbrennungslage aus einem Merkmal herzuleiten, das auf einer Auswertung der Drehzahl basiert, wobei das Merkmal für bestimmte Werte der Drehzahl aus einer Kompressionsphase und aus einer Verbrennungsphase, vorteilhafterweise mit Beginn einer Kompression bis zum Abschluss der Verbrennung in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotor berechnet wird. Dabei können zur Berechnung des Merkmals Symmetrieeigenschaften eines entsprechenden Kompressionsmoments ausgenutzt werden.Furthermore, the present invention relates to an arrangement for estimating a combustion position for a combustion in an internal combustion engine with at least one cylinder. The arrangement includes means configured to determine a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine. Furthermore, the arrangement comprises means which are in communicative connection with the first-mentioned means and are configured to derive the combustion position from a feature which is based on an evaluation of the speed, the feature for specific values of the speed consisting of a compression phase and a combustion phase , is advantageously calculated from the beginning of a compression to the end of the combustion in the at least one cylinder of the internal combustion engine. Symmetry properties of a corresponding compression moment can be used to calculate the feature.
Es ist denkbar, dass die Anordnung auch eine Speichereinheit umfasst, in welcher eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld hinterlegt sind, mit deren Hilfe ein aus dem Merkmal abgeleitetes Lagemerkmal auf die Verbrennungslage abgebildet werden kann.It is conceivable that the arrangement also includes a memory unit in which a characteristic curve and/or a characteristic diagram are stored, with the aid of which a position characteristic derived from the characteristic can be mapped to the combustion position.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.The arrangement according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and configurations of the invention result from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt in einem Graphen einen Drehzahlverlauf für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder während eines Arbeitsspiels.1 shows in a graph a speed curve for an internal combustion engine with one cylinder during a working cycle. -
2 zeigt in einem Graphen einen prinzipiellen Drehmomentverlauf.2 shows a basic torque curve in a graph. -
3 zeigt einen Drehzahlverlauf über ein Arbeitsspiel für zwei unterschiedliche Lastpunkte.3 shows a speed curve over a work cycle for two different load points. -
4 zeigt in einem Graphen einen prinzipiellen Drehmomentverlauf zusammen mit einer Auftragung eines jeweiligen Betrags des Drehmoments.4 shows a basic torque curve in a graph together with a plot of a respective magnitude of the torque.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using embodiments and is described in detail below with reference to the drawings.
Gezeigt sind hier verschiedene Phasen, welche von der Kurbelwelle während eines Arbeitsspiels durchlaufen werden. Phase 1 bezeichnet hier Kompression, Phase 2 Verbrennung, Phase 3 Ausstoß, Phase 4 Ansaugen, gefolgt wiederum von einer Wiederholung der Phase 1, nämlich der Kompression. Auf der Abszisse 20 sind die Winkeleinstellungen in °KW aufgetragen, wobei eine Einheit auf der Abszisse 20 einem Intervall von 180°KW entspricht, beginnend mit -180°KW. Dies ist bezogen auf eine Winkelstellung der Kurbelwelle, die als 0°KW gewählt wird, wenn sich der betrachtete Kolben im oberen Totpunkt zu Beginn von Phase 2 Verbrennung befindet.Various phases are shown here, which are run through by the crankshaft during a working cycle.
Bei einem vierzylindrigen Motor wären in einem Arbeitsspiel, entsprechend 720°KW vier Beschleunigungen zu sehen, während, wie in
Als Merkmal wird nunmehr die Energiedifferenz zwischen einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Kompressionsphase und einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Verbrennungsphase verwendet, wobei ein erster Wert der Drehzahl bei einer ersten Winkelstellung der Kurbelwelle und ein zweiter Wert der Drehzahl bei einer zweiten Winkelstellung der Kurbelwelle verwendet wird, wobei die erste und die zweite Winkelstellung der Kurbelwelle in Bezug auf eine Winkelstellung, bei welcher eine Zündung des Verbrennungsmotors erfolgt zueinander symmetrisch sind. D.h., dass ein Wert einer Drehzahl aus der Kompressionsphase 1 und ein zweiter Wert der Drehzahl aus der Verbrennungsphase 2 verwendet wird, wobei die Winkelstellungen, bei welchen die jeweiligen Drehzahlen ermittelt wurden, symmetrisch zum ZOT bzw. zu der entsprechenden Winkelstellung der Kurbelwelle sind. Ein Vorteil des so definierten Merkmals ist, dass ein Einfluss eines Saugrohrdrucks bzw. der Kompressionsarbeit rechnerisch komplett entfällt, da die Kompression der entsprechenden Kurbelwelle vor dem oberen Totpunkt bremst und nach dem oberen Totpunkt symmetrisch beschleunigt, so dass ein Energiebeitrag der Kompression zum Merkmal Null ist, da die Berechnung, wie voranstehend erwähnt, symmetrisch zum ZOT erfolgt. Somit hat nur die Verbrennung Einfluss auf das berechnete Merkmal. In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wie bereits voranstehend erwähnt, das Merkmal für alle Werte der Drehzahl mit Beginn einer Kompression bis zum Abschluss der Verbrennung in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors berechnet und zu einem Verbrennungsenergieumsetzungsmerkmal aufsummiert. Das so erhaltene Verbrennungsenergieumsetzungsmerkmal wiederum kann nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung eines Lagemerkmals herangezogen werden. Das Lagemerkmal wird sodann mittels einer applizierten Kennlinie oder eines Kennfeldes auf die Verbrennungslage abgebildet.The energy difference between a state of the crankshaft system in the compression phase and a state of the crankshaft system in the combustion phase is now used as a feature, with a first value of the speed at a first angular position of the crankshaft and a second value of the speed at a second angular position of the crankshaft, the first and second angular positions of the crankshaft being symmetrical to one another with respect to an angular position at which ignition of the internal combustion engine occurs. This means that a speed value from
Wie voranstehend bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auch für einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern erfolgen, wenn ein symmetrischer Zündabstand vorliegt. Für unsymmetrische Zündabstände bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern sind demgegenüber die zur Berechnung des Merkmals verwendeten Winkelbereiche für eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder entsprechend zu wählen bzw. einzuschränken.As already mentioned above, the method according to the invention can also be carried out in the same way for an internal combustion engine with two cylinders if there is a symmetrical ignition interval. For asymmetrical ignition intervals in a combustion engine with two cylinders, on the other hand, the angular ranges used to calculate the characteristic must be selected or restricted accordingly for minimal superimposition of the two cylinders.
Dargestellt sind nunmehr ein Drehzahlverlauf φ (φ) 44 über ein Arbeitsspiel für einen ersten Lastpunkt und ein Drehzahlverlauf 46 für einen zweiten, vom ersten verschiedenen Lastpunkt. Diese wurden per Off-Set auf einen niedrigsten Punkt zusammengeschoben.A speed curve φ(φ) 44 over a working cycle for a first load point and a
Eine Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, einen zeitlichen Verlauf einer Umsetzung von Energie, die durch eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor entsteht, aus dem Drehzahlsignal zu berechnen und aus diesem dann ein Lagemerkmal zu bestimmen, das mit der Verbrennungslage gut korreliert.A basic idea of the method according to the invention is to calculate a time course of a conversion of energy resulting from combustion in an internal combustion engine from the speed signal and then to use this to determine a position feature that correlates well with the combustion position.
Demnach wird erfindungsgemäß zuerst ein Verlauf einer gesamten Energieumsetzung aus dem Drehzahlsignal berechnet. Dies kann bspw. wie folgt aussehen:
Durch Formel 3 wird die Energieumsetzung dargestellt, die durch Kompressions- und Verbrennungsmoment erzeugt wird. Für eine Schätzung der Verbrennungslage ist jedoch nur das reine Verbrennungsmoment Ev(φ) relevant. Daher wird zuerst die Energieumsetzung des Kompressionsmoments Ekomp(φ) bestimmt, um diese dann anschließend von der Gesamtenergieumsetzung Eges(φ) abzuziehen.
Um Ekomp(φ) zu bestimmen, wird die Besonderheit eines einzylindrigen Motors ausgenutzt, nämlich dass keine zeitliche Überschneidung zwischen den Verbrennungen einzelner Zylinder vorhanden ist. Daher kann hier ein Winkelbereich des Drehzahlsignals in einer jeweiligen Kompressionsphase benutzt werden, um das Kompressionsmoment bzw. dessen Energieumsetzung zu bestimmen. In dem Bereich vor ZOT kann beispielsweise Ekomp(φ)= Eges(φ) als eine gute Näherung angenommen werden. Aufgrund der Symmetrieeigenschaft des Kompressionsmoments lässt sich Ekomp(φ) für den Bereich nach ZOT aus dem Eges(φ) aus der Kompressionsphase bspw. durch eine geeignete Spiegelung am ZOT bestimmen. Alternativ könnte das Kompressionsmoment auch aus dem gemessenen Saugrohrdruck modelliert werden. Die Energieumsetzung des Verbrennungsmoments Ev(φ), was dem voranstehend genannten Energieverbrennungsmerkmal entspricht, wird dann wie folgt berechnet:
Aus Ev(φ) kann dann durch Berechnung eines Lage-Merkmals aus diesem Verlauf eine Größe berechnet werden, die mit der Verbrennungsanlage MFB50% gut korreliert. Als Lage-Merkmal kann bspw. der geometrische Schwerpunkt oder der Winkel, beim dem Ev(φ) einen bestimmten Anteil, bspw. 50%, seines Endwerts für die entsprechende Verbrennung erreicht. Der Endwert für Ev(φ) wird zu einem bestimmten Winkel angenommen, der vorteilhafterweise nach Verbrennungsende ist, bspw. 180° nach ZOT.A variable can then be calculated from E v (φ) by calculating a position characteristic from this profile, which correlates well with the incinerator MFB50%. For example, the geometric center of gravity or the angle at which E v (φ) reaches a specific proportion, for example 50%, of its end value for the corresponding combustion can be used as a position feature. The final value for E v (φ) is assumed at a certain angle, which is advantageously after the end of combustion, for example 180° after ZOT.
Dieses Lage-Merkmal wird dann einem applizierbarem Kennfeld bzw. einer Kennlinie zugeführt, das in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie Drehzahl und Last etc., das Lage-Merkmal auf die Verbrennungslage MFB50% abbildet.This position feature is then supplied to an applicable map or characteristic curve, which maps the position feature to the combustion position MFB50% as a function of various parameters, such as engine speed and load, etc.
Alternativ kann statt einer Energieumsetzung ein Verlauf des entsprechenden Drehmoments, entsprechend einem voranstehend bereits erwähnten Drehmomentverlaufs-Merkmalverwendet werden. Die Schwankungen des Drehmoments werden bspw. wie folgt berechnet:
entspricht dabei einem kurbelwinkelabhängigen Trägheitsmoment der Kurbelwelle. Dieses setzt sich aus den oszillierenden und rotierenden Massenanteilen zusammen. corresponds to a crank angle-dependent moment of inertia of the crankshaft. This is made up of the oscillating and rotating mass components.
Um den Absolutwert des Drehmoments zu bestimmen, kann bspw. die Tatsache genutzt werden, dass das Drehmoment im oberen Totpunkt (OT) und im unteren Totpunkt (UT) jeweils Null ist. Über eine entsprechende Anpassung des Offsets, so dass für jedes Arbeitsspiel die Werte in den OTs und UTs im Mittel Null sind, gewinnt man Absolutwerte des Momentenverlaufs. Über die gleiche Symmetrieeigenschaft des Drehmoments, wie oben erwähnt, kann der Verlauf des Kompressionsmoments bestimmt werden und durch Bildung der Differenz zum Gesamtmoment anschließend das Verbrennungsmoment berechnet werden. Als Lage-Merkmal kann der Schwerpunkt des Verbrennungsmoments innerhalb eines applizierbaren Winkelbereichs verwendet werden.In order to determine the absolute value of the torque, the fact can be used, for example, that the torque is zero at top dead center (TDC) and at bottom dead center (UT). By adjusting the offset accordingly so that the values in the OTs and UTs are zero on average for each working cycle, absolute values of the torque curve are obtained. The course of the compression torque can be determined via the same symmetry property of the torque as mentioned above, and the combustion torque can then be calculated by forming the difference to the total torque. The center of gravity of the combustion torque within an applicable angular range can be used as a position feature.
Alternativ kann auch entsprechend obiger Ausführung der Winkel benutzt werden, bei dem der Verlauf des Integrals über das Verbrennungsmoment einen bestimmten Anteil, bspw. 50% seines Endwerts für diese jeweilige Verbrennung erreicht.Alternatively, according to the above embodiment, the angle can also be used at which the progression of the integral over the combustion moment reaches a certain proportion, for example 50% of its end value for this respective combustion.
Auch dieses Lagemerkmal wird dann einem applizierbaren Kennfeld bzw. einer Kennlinie zugeführt, das in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie Drehzahl und Last etc., das Lage-Merkmal auf die Verbrennungslage MFB50% abbildet.This position feature is then also supplied to an applicable characteristic map or characteristic curve, which maps the position feature to the combustion position MFB50% as a function of various parameters, such as engine speed and load, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich bei allen Verbrennungsmotoren einsetzbar, für Ein- und Zwei-Zylinder-Motoren eignet es sich jedoch in besonderem Maße.In principle, the method according to the invention can be used in all internal combustion engines, but it is particularly suitable for one- and two-cylinder engines.
Basierend auf der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschätzten Verbrennungslage kann eine optimierte Regelung oder Adaption eines entsprechenden Zündwinkels erfolgen. Des Weiteren kann eine Erkennung der sogenannten Glühzündungen oder Extremklopfer durchgeführt werden. Eine Regelung der Verbrennungslage auf die hinsichtlich Verbrauch und Emissionen etc. optimalen Sollwerte, die in einem Kennfeld, abhängig vom Betriebswert abgelegt, vorliegen, stellt ebenfalls eine potentielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Ferner kann auch die Erkennung der Kraftstoffart und/oder der Qualität über die Auswertung des Merkmals eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.Based on the combustion position estimated using the method according to the invention, an optimized regulation or adaptation of a corresponding ignition angle can take place. Furthermore, a detection of the so-called glow ignitions or extreme knocking can be carried out. A regulation of the combustion position to the optimal reference values in terms of consumption and emissions, etc., which are stored in a characteristic diagram depending on the operating value, also represents a potential application of the method according to the invention the evaluation of the feature can be an application of the method according to the invention.
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