DE102012219353B3 - Calculation and forecasting method of knocking and super-knocking processes and control device for the control of combustion processes in internal combustion engines, in particular in gasoline engines - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer lokalen Wahrscheinlichkeit (P'Klopf) für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines aufgeladenen Ottomotors, eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch, umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte (P) eines räumlichen Temperaturgradienten (∂T/∂x) eines betrachteten Kraftstoff-Luftgemisches sowie einer diesem räumlichen Temperaturgradienten (∂T/∂x) zugeordneten Länge (l), über welche hinweg der Temperaturgradient (∂T/∂x) jeweils im Wesentlichen konstant ist, wobei die Wahrscheinlichkeitsdichte (P) von wenigstens einem lokalen Turbulenzparameter (k, <∊>, <T'2>, <Z' 2>) und wenigstens einem lokalen thermodynamischen Parameter (p, T, λ) abhängt, b) Bestimmen der lokalen Wahrscheinlichkeit (P'Klopf) durch Aufintegration der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte (P) zu einer lokalen Klopf-Wahrscheinlichkeit.The invention relates to a method for determining a local probability (P 'knock) for the occurrence of super knock processes in a fuel-air mixture introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a supercharged gasoline engine, comprising the following steps: a) determining the local Probability density (P) of a spatial temperature gradient (∂T / ∂x) of a fuel-air mixture under consideration and of a length (l) assigned to this spatial temperature gradient (∂T / ∂x), over which the temperature gradient (∂T / ∂x) in each case is substantially constant, the probability density (P) depending on at least one local turbulence parameter (k, <∊>, <T'2>, <Z '2>) and at least one local thermodynamic parameter (p, T, λ), b) Determining the local probability (P'Klopf) by integrating the local probability density (P) into a local knock probability.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer lokalen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem aufgeladenen Ottomotor, eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuerungseinrichtung.The present invention relates to a method for determining a local probability for the occurrence of super-knocking processes in a fuel-air mixture introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular in a supercharged gasoline engine. The invention further relates to a control device for carrying out such a method and to a motor vehicle having such a control device.

Zum besseren Verständnis von Verbrennungsvorgängen von Kraftstoff-Luftgemischen in modernen Brennkraftmaschinen ist es üblich, solche Verbrennungsvorgänge mittels geeigneter Simulationsverfahren zu simulieren. Zu diesem Zweck sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von numerischen Simulationsverfahren bekannt, welche in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie z. B. der stöchiometrischen Zusammensetzung sowie Druck und Temperatur des Kraftstoff-Luftgemisches, aber auch in Abhängigkeit von motorspezifischen Parametern wie beispielsweise dem geometrischen Aufbau der Brennkammer o. ä., den Verbrennungsvorgang simulieren. Auch verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie z. B. die Drehzahl können in diesen Verfahren berücksichtigt werden. Derartige numerische Verfahren sind bei der Entwicklung von modernen Brennkraftmaschinen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise bei der Auslegung der Geometrie der Brennkammer der Brennkraftmaschine. Gleiches gilt bei der Optimierung der Brennkraftmaschinen hinsichtlich ihres Kraftstoffverbrauchs und der von ihr zur Verfügung gestellter Antriebsleistung.For a better understanding of combustion processes of fuel-air mixtures in modern internal combustion engines, it is customary to simulate such combustion processes by means of suitable simulation methods. For this purpose, a plurality of numerical simulation methods are known from the prior art, which depends on various parameters such. B. the stoichiometric composition and pressure and temperature of the fuel-air mixture, but also depending on engine-specific parameters such as the geometric structure of the combustion chamber o. Ä., Simulate the combustion process. Also, various operating parameters of the engine such. As the speed can be considered in these procedures. Such numerical methods are of crucial importance in the development of modern internal combustion engines, for example in the design of the geometry of the combustion chamber of the internal combustion engine. The same applies to the optimization of internal combustion engines in terms of their fuel consumption and the drive power provided by it.

Viele moderne Brennkraftmaschinen verwenden zur Optimierung ihrer Antriebsleistung bei möglichst geringem Kraftstoff-Verbrauch Kraftstoff-Luftgemische, die bei typischen Betriebstemperaturen, wie sie in Brennkammern von Diesel- oder Ottomotoren auftreten, eine Tendenz zur Selbstzündung aufweisen.Many modern internal combustion engines use fuel-air mixtures to optimize their drive performance with the lowest possible fuel consumption, which have a tendency to auto-ignition at typical operating temperatures, such as occur in combustion chambers of diesel or gasoline engines.

Insbesondere in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, beispielsweise in der Art eines herkömmlichen Ottomotors, welche in Verbindung mit einem Turbolader zur Komprimierung der in die Brennkammer einzubringenden Luft betrieben werden, kann eine solche unerwünschte, stochastisch auftretende Selbstzündung des Kraftstoffs, welche auch unter dem Begriff „Super-Klopfen” bzw. „Mega-Klopfen” bekannt ist, zu einer Beschädigung der Kurbelwelle oder anderer beweglicher Teile der Brennkraftmaschine bis hin zu deren vollständigen Zerstörung führen.Particularly in internal combustion engines with spark ignition, for example in the manner of a conventional gasoline engine, which are operated in conjunction with a turbocharger for compressing the air to be introduced into the combustion chamber, such unwanted, stochastically occurring autoignition of the fuel, which is also known under the term "supercharged". Knock "or" mega-knock "is known to lead to damage to the crankshaft or other moving parts of the internal combustion engine to its complete destruction.

Im Gegensatz zu klassischen Zündvorgängen, wie sie in Dieselmotoren auftreten, lässt sich in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen unerwünschten ”Super-Klopfens” bzw. ”Mega-Klopfens” nicht vorherbestimmen.In contrast to classic ignition processes, such as occur in diesel engines, the probability of such undesirable "super-knocking" or "mega-knocking" can not be predetermined in internal combustion engines with spark ignition.

Auch die Verwendung von herkömmlichen Klopfsensoren, mittels welcher das klassische Klopfen in der Brennkraftmaschine reduziert werden kann, ist zur Reduzierung des Super-Klopfens in Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung nicht geeignet. Um in modernen Brennkraftmaschinen das Auftreten von unerwünschtem Super-Klopfen bzw. „Mega-Klopfens” zu vermeiden, ist daher ein genaues Verständnis der komplizierten physikalischen Vorgänge während des Verbrennungsvorgangs des Kraftstoff-Luftgemisches in der Brennkammer der Brennkraftmaschine erforderlich.Also, the use of conventional knock sensors, by means of which the classic knocking in the internal combustion engine can be reduced, is not suitable for reducing super-knocking in spark-ignition internal combustion engines. In order to avoid the occurrence of undesired super-knocking or "mega-knocking" in modern internal combustion engines, therefore, a precise understanding of the complicated physical processes during the combustion process of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine is required.

Die DE 10 2008 038 102 A1 betrifft ein Verfahren zur Verhinderung einer Vorentflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinderraum einer ottomotorisch betriebenen Brennkraftmaschine mit hohem Verdichtungsverhältnis bzw. mit Aufladung. Hierzu wird für den jeweiligen aktuellen Arbeitszyklus anhand des erfassten Winkelgeschwindigkeitsverlaufs der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein zugehöriger Zylinderinnendruck und daraus eine Verbrennungsschwerpunktlage des jeweiligen Zylinders ermittelt wird. Aus diesen Daten wird für den nachfolgenden Arbeitszyklus die zu erwartende Vorentflammungsneigung errechnet. Für den Fall, dass eine Überschreitung einer applizierbaren Winkelschwelle der Verbrennungs-Scherpunktlage für diesen vorhergehenden Arbeitszyklus ermittelt wird, wird in der aktuellen Arbeitsphase eine zusätzliche Kraftstoff-Mehrmenge in den jeweiligen Zylinder eingespritzt.The DE 10 2008 038 102 A1 relates to a method for preventing a pre-ignition of a fuel-air mixture in a cylinder chamber of an Otto engine operated high compression ratio or with supercharging. For this purpose, an associated internal cylinder pressure and from this a combustion center position of the respective cylinder is determined for the respective current working cycle on the basis of the detected angular velocity profile of the crankshaft of the internal combustion engine. From this data, the anticipated pre-ignition tendency is calculated for the subsequent work cycle. In the event that an exceeding of an applicable angle threshold of the combustion shear point position for this previous work cycle is determined, an additional amount of additional fuel is injected into the respective cylinder in the current working phase.

Die DE 10 2010 003 305 A1 offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Gefahr zukünftiger irregulärer Verbrennung, etwa in Form eines Superklopfen oder einer Glühzündung, in einer Brennkraftmaschine. In einem ersten Schritt des Verfahrens werden vor dem etwaigen Auftreten irregulärer Verbrennung ein oder mehrere Einflussfaktoren überwacht, von dem bzw. denen die Wahrscheinlichkeit des zukünftigen Auftretens irregulärer Verbrennung abhängig ist. Ein solcher Einflussfaktor kann beispielsweise das Ablagerungsverhalten im Brennraum der Brennkraftmaschine sein. In einem weiteren, zweiten Schritt wird wenigstens eine Maßnahme zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit des zukünftigen Auftretens irregulären Verbrennung in Abhängigkeit der Überwachung durchgeführt. Eine solche Maßnahme kann etwa das Verändern von Motorbetriebsparametern oder eine Ablagerungsreinigung des Brennraums der Brennkraftmaschine umfassen.The DE 10 2010 003 305 A1 discloses a method for reducing the risk of future irregular combustion, such as in the form of a super-knock or glow-ignition, in an internal combustion engine. In a first step of the method, one or more influencing factors are monitored prior to the possible occurrence of irregular combustion, of which the probability of the future occurrence of irregular combustion is dependent. Such influencing factor may be, for example, the deposition behavior in the combustion chamber of the internal combustion engine. In a further, second step, at least one measure for reducing the probability of the future occurrence of irregular combustion depending on the monitoring carried out. Such a measure may include, for example, changing engine operating parameters or a deposit cleaning of the combustion chamber of the internal combustion engine.

Die US 6,006,157 betrifft ein Verfahren zur Vorhersage einer irregulären Verbrennung in einer Brennkraftmaschine, gemäß welchem eine Karlovitz-Zahl als Funktion verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Diese wird mit einem Schwellwert verglichen, bei welchem die irreguläre Verbrennung eintritt. Besagter Schwellwert wird modellbasiert ermittelt und in einem die Brennkraftmaschine steuernden Steuergerät abgelegt. Für den Fall, dass die ermittelte Karlovitz-Zahl den Schwellwert übersteigt, wird eine Fehlermeldung erzeugt.The US 6,006,157 relates to a method for predicting irregular combustion in an internal combustion engine, according to which a Karlovitz number is determined as a function of various operating parameters of the internal combustion engine. This is compared with a threshold at which irregular combustion occurs. Said threshold value is determined based on models and stored in a control unit controlling the internal combustion engine. In the event that the determined Karlovitz number exceeds the threshold, an error message is generated.

Die DE 11 2005 003 527 T5 behandelt ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Motorsteuereinheit, welche Echtzeitsensordaten auswertet. Aus den Echtzeitsensordaten wird ein Prior zur Ableitung mindestens einer Verbrennungsparameter-Schätzung und/oder mindestens einer Verbrennungsparameter-Messung verwendet. Die Verbrennungsparameter-Schätzung bzw. die Verbrennungsparameter-Messung wird zur Steuerung der Brennkraftmaschine durch die Motorsteuereinheit verwendet.The DE 11 2005 003 527 T5 deals with a method for controlling an internal combustion engine with the aid of a motor control unit, which evaluates real-time sensor data. From the real-time sensor data, a prior is used to derive at least one combustion parameter estimate and / or at least one combustion parameter measurement. The combustion parameter estimation or the combustion parameter measurement is used to control the internal combustion engine by the engine control unit.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt daher mit dem Problem, bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von ”Super-Klopfen” in Kraftstoff-Luftgemischen neue Wege aufzuzeigen.The present invention therefore deals with the problem of finding new ways of determining the likelihood of "super-knocking" in fuel-air mixtures.

Dieses Problem wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Auftreten von Super-Klopfen in einem Kraftstoff-Luftgemisch, welches in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommt, im Rahmen eines numerischen Simulationsverfahrens unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte im Kraftstoff-Luftgemisch zu simulieren, wodurch eine hochgenaue Wahrscheinlichkeitsaussage ermöglicht wird, ob und mit welcher Wahrscheinlichkeit unter den simulierten Bedingungen Super-Klopfen in dem Kraftstoff-Luftgemisch auftreten kann.The invention is based on the general idea of simulating the occurrence of super-knock in an air-fuel mixture used in a combustion chamber of an internal combustion engine as part of a numerical simulation method taking into account local turbulence effects in the fuel-air mixture, thus providing a highly accurate probability statement allows whether and with what probability under the simulated conditions super-knocking can occur in the fuel-air mixture.

Die Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte basiert ferner auf dem Gedanken, dass beim Auftreten von Super-Klopfen in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine örtliche Gebiete vorhanden sind, in denen eine Resonanz zwischen der Reaktionsfront-Geschwindigkeit der Selbstzündung entlang einem Temperaturgradienten und der Schallgeschwindigkeit auftritt. Um die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins dieser Gebiete zu bestimmen, wird eine lokale Wahrscheinlichkeitsdichte eines räumlichen Temperaturgradienten in einem Kraftstoff-Luftgemisch sowie einer diesem räumlichen Temperaturgradienten zugeordneten Länge, über welche hinweg der Temperaturgradient im Wesentlichen konstant ist, ermittelt.The consideration of localized turbulence effects is further based on the idea that, when super-knocking occurs in a combustion chamber of an internal combustion engine, there are local areas in which a resonance occurs between the reaction front velocity of auto-ignition along a temperature gradient and the speed of sound. To determine the likelihood of these regions being present, a local probability density of a spatial temperature gradient in a fuel-air mixture and a length associated with that spatial temperature gradient over which the temperature gradient is substantially constant is determined.

Aus der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte wird dann die gesuchte lokale Wahrscheinlichkeit durch Aufintegration der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte zu einer lokalen Klopf-Wahrscheinlichkeit ermittelt.From the local probability density, the sought local probability is then determined by integrating the local probability density into a local knock probability.

Erfindungsgemäß wird also, wie bereits erläutert, die lokale gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemisches ermittelt. Mittels der Verwendung stochastischer Methoden lässt sich auf diese Weise mit besonders hoher Genauigkeit das Auftreten von Super-Klopfen in der Brennkraftmaschine vorhersagen. Die lokale Wahrscheinlichkeitsdichte wird dabei unter Verwendung eines theoretischen Modells, welches lokale turbulente Bedingungen des Temperaturgradienten des betrachteten Raumbereichs berücksichtigt, mittels sog. Direkter numerischer Simulation (sog. ”DNS”) bestimmt, wobei bei der Direkten Numerischen Simulation die partiellen Ableitungen in den Navier-Stokes-Gleichungen und in der Gleichung für die Temperatur und/oder für den Mischungsbruch durch Differenzenformeln und/oder durch eine Fourier-Transformation ersetzt werden und das dadurch entstehende Gleichungssystem numerisch gelöst wird. Dies ermöglicht eine wesentlich genauere Vorhersage des Auftretens von unerwünschten Super-Klopf-Effekten, als dies mit herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Turbulenz-Modellen möglich ist.Thus, according to the invention, as already explained, the local joint probability density is determined taking into account local turbulence effects of the fuel-air mixture. By using stochastic methods, the occurrence of super-knocking in the internal combustion engine can be predicted in this way with particularly high accuracy. The local probability density is determined by a so-called direct numerical simulation (so-called "DNS") using a theoretical model, which takes into account local turbulent conditions of the temperature gradient of the space considered, whereby in the direct numerical simulation the partial derivatives into the Navier Stokes equations and in the equation for the temperature and / or for the mixture break by difference formulas and / or by a Fourier transform are replaced and the resulting equation system is solved numerically. This allows a much more accurate prediction of the occurrence of undesired super-knocking effects than is possible with conventional turbulence models known in the art.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also in einem definierten Raumbereich der Brennkammer durch Aufintegration der Wahrscheinlichkeitsdichte innerhalb zu bestimmender Integrationsgrenzen zu einer Detonations- Wahrscheinlichkeit eine präzise Wahrscheinlichkeitsaussage bezüglich des Auftretens von Klopfvorgängen, insbesondere von Super-Klopfen getroffen werden, und zwar in Abhängigkeit von verschiedenen thermodynamischen Parametern wie z. B. Temperatur, Druck, stöchiometrische Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches, der Schallgeschwindigkeit und der kinematische Viskosität, aber auch in Abhängigkeit von verschiedenen reaktionskinetischen Parametern wie z. B. Zündverzugszeit und deren Ableitung nach der Temperatur, sowie der Schallanregungszeit der Selbst-Zündung und auch in Abhängigkeit von verschiedenen Turbulenzparametern wie z. B. kinetische Energie der Turbulenz, deren Dissipation und der Temperaturvarianz getroffen werden.By means of the method according to the invention, therefore, a precise probability statement regarding the occurrence of knocking processes, in particular super-knocking, can be made in a defined spatial region of the combustion chamber by integration of the probability density within the integration limits to be determined into a detonation probability, depending on various thermodynamic parameters such as As temperature, pressure, stoichiometric composition of the fuel-air mixture, the speed of sound and the kinematic viscosity, but also in response to various reaction kinetic parameters such. B. ignition delay and their Derivation according to the temperature, as well as the sound excitation time of self-ignition and also depending on various turbulence parameters such. B. kinetic energy of turbulence, their dissipation and the temperature variance are taken.

Die Integrationsgrenzen für die Aufintegration werden dabei in Abhängigkeit von wenigstens einem lokalen thermodynamischen oder/und wenigstens einem lokalen Turbulenzparameter festgelegt. Die Berücksichtigung von sog. Selbstzündungs-Bedingungen in dem betrachteten Raumbereich erfolgt durch Berücksichtigung der integralen Zeitskala der Turbulenz im Kraftstoff-Luftgemisch.The integration limits for the integration are determined as a function of at least one local thermodynamic or / and at least one local turbulence parameter. The consideration of so-called self-ignition conditions in the space considered is carried out by taking into account the integral time scale of the turbulence in the fuel-air mixture.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemisches, insbesondere durch eine sog. Direkte Numerische Simulation (”DNS”) in einer idealisierten turbulenten Strömung, beispielsweise in der Art einer homogenen Scherturbulenz, ermittelt werden. Da solche Turbulenzeffekte einen entscheidenden Einfluss darauf haben, ob Super-Klopf-Effekte in dem betrachteten Kraftstoff-Luftgemisch auftreten können, sind sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren von entscheidender Bedeutung bei der erfindungsgemäßen Wahrscheinlichkeitsberechnung für das Auftreten von Superklopfen. Die Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte erlaubt eine im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren stark verbesserte Wahrscheinlichkeitsaussage für das Auftreten von Super-Klopfen.In a preferred embodiment, the common probability density can be determined taking into account local turbulence effects of the fuel-air mixture, in particular by a so-called direct numerical simulation ("DNS") in an idealized turbulent flow, for example in the manner of a homogeneous shear turbulence. Since such turbulence effects have a decisive influence on whether super-knocking effects can occur in the considered fuel-air mixture, they are of decisive importance in the method according to the invention for the occurrence of super-tapping. The consideration of local turbulence effects allows a greatly improved probability statement for the occurrence of super-tapping compared to conventional methods.

Vorzugsweise erfolgt die Aufintegration gemäß Schritt b) durch Aufintegration innerhalb vorbestimmter Integral-Grenzen, wobei die Integralgrenzen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen lokalen thermodynamischen und wenigstens einem lokalen reaktionskinetischen Parameter, insbesondere der Zündungsverzugzeit, und wenigstens einen lokalen Turbulenzparameter erfolgt. Auf diese Weise kann mathematisch für bestimmte Wertebereiche des wenigstens einen lokalen thermodynamischen oder/und wenigstens einen lokalen reaktionskinetischen Parameter, für welche, beispielsweise aus experimentellen Untersuchungen oder auch theoretischen Modellierungen heraus bekannt ist, dass kein Super-Klopfen auftreten kann, ein ”Nullwert” für die Wahrscheinlichkeitsdichte bei der Aufintegration zur gesuchten Wahrscheinlichkeit erzeugt werden.Preferably, the integration according to step b) takes place by integration within predetermined integral limits, the integral limits depending on the at least one local thermodynamic and at least one local reaction kinetic parameter, in particular the ignition delay time, and at least one local turbulence parameter. In this way, mathematically, for certain value ranges of the at least one local thermodynamic or / and at least one local reaction kinetic parameter for which it is known, for example from experimental investigations or theoretical modeling, that no super-beating can occur, a "zero value" for the probability density in the integration to the sought probability are generated.

In einer weiterbildenden Ausführungsform kann in Schritt a) zusätzlich eine lokale Wahrscheinlichkeitsdichte eines räumlichen Mischungsbruchgradienten des Kraftstoff-Luftgemisches sowie einer diesem Mischungsbruchgradienten zugeordneten Länge, über welche hinweg der Mischungsbruchgradient jeweils im Wesentlichen konstant ist, bestimmt werden. Auch in diesem Fall hängt die lokale Wahrscheinlichkeitsdichte des Mischungsbruchgradienten von wenigstens einem lokalen Turbulenzparameter und wenigstens einem lokalen thermodynamischen Parameter ab. Gemäß dieser Ausführungsform wird in einem zusätzlichen, dem Schritt a) nachfolgenden Schritt a1) des erfindungsgemäßen Verfahrens die lokalen Wahrscheinlichkeitsdichten des Temperaturgradienten und des Mischungsbruchs zu einer gemeinsamen kombinierten Wahrscheinlichkeitsdichte eines aus Temperaturgradienten und Mischungsbruchgradienten kombinierten Gradienten einer für beide Gradienten gleichen Länge kombiniert. Mittels der zusätzlichen Berücksichtigung des Mischungsbruchs lässt sich die Vorhersage für das Auftreten von Super-Klopfen weiter verbessern.In a further embodiment, in step a) additionally a local probability density of a spatial mixture fracture gradient of the fuel-air mixture and of a length assigned to this mixture fracture gradient, over which the mixture fraction gradient is respectively substantially constant, can be determined. Also in this case, the local probability density of the mixture fraction gradient depends on at least one local turbulence parameter and at least one local thermodynamic parameter. According to this embodiment, in an additional step a1) of the method according to the invention, the local probability densities of the temperature gradient and the mixture fraction are combined to form a combined combined probability density of a gradient of temperature gradient and mixture fraction gradient of equal length for both gradients. By additionally considering the mixture break, the prediction for the occurrence of super-beating can be further improved.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens ein lokaler reaktionskinetischer Parameter eine Zündverzugszeit eines Zündungsvorgangs des Kraftstoff-Luftgemisches oder/und die Ableitung dieser Zündverzugszeit nach der Temperatur bzw. des Mischungsbruchs oder/und eine Schallanregungszeit dieses Zündungsvorgangs sein, oder/und der wenigstens eine lokale thermodynamische Parameter die lokale Temperatur bzw. der lokale Mischungsbruch des Kraftstoff-Luftgemisches oder/und die lokale kinematische Viskosität des Kraftstoff-Luftgemisches oder/und der lokale Druck des Kraftstoff-Luftgemisches oder/und die Schallgeschwindigkeit sein, oder/und der wenigstens eine lokale Turbulenzparameter einer der folgenden lokalen Parameter sein:

  • a) die kinetische Energie der Turbulenz k,
  • b) die Dissipation der kinetischen Energie der Turbulenz <ε>,
  • c) die Varianz des lokalen Temperaturfluktuation <T'2>,
  • d) die Varianz der Mischungsbruchfluktuation <Z'2>.
In a particularly preferred embodiment, the at least one local reaction kinetic parameter may be an ignition delay time of an ignition process of the fuel-air mixture and / or the derivative of this Zündverzugszeit after the temperature or the Mischungsbruchs and / or a sound excitation time of this ignition process, and / or the at least one local thermodynamic parameters are the local temperature or the local mixture fraction of the fuel-air mixture and / or the local kinematic viscosity of the fuel-air mixture and / or the local pressure of the fuel-air mixture and / or the speed of sound, and / or the at least one local turbulence parameter one of the following local parameters:
  • a) the kinetic energy of the turbulence k,
  • b) the dissipation of the kinetic energy of the turbulence <ε>,
  • c) the variance of the local temperature fluctuation <T ' 2 >,
  • d) the variance of the mixture break fluctuation <Z ' 2 >.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform kann die Länge, über welche der Temperatur- bzw. der Mischungsgradient hinweg konstant ist, als linearer Abstand l zwischen einem ersten Raumpunkt des Kraftstoff-Luftgemisches mit maximaler Temperatur Tmax und einem zweiten Raumpunkt mit minimaler Temperatur Tmin, bzw. einem ersten Raumpunkt des Kraftstoff-Luftgemisches mit maximalem Mischungsbruch Zmax und einem zweiten Raumpunkt mit minimalem Mischungsbruch Zmin definiert sein.In a particularly expedient embodiment, the length, over which the temperature or the mixture gradient is constant, as a linear distance l between a first space point of the fuel-air mixture with maximum temperature T max and a second space point with minimum temperature T min , or . be defined a first point in space of the fuel-air mixture with maximum mixing fraction Z max and a second space point with minimum mixing fraction Z min .

Der Temperaturgradient ∂T/∂x ist dabei wie folgt approximiert: ∂T/∂x ∝ ΔT/l = (Tmax – Tmin)/l. The temperature gradient ∂T / ∂x is approximated as follows: ∂T / ∂x α ΔT / l = (T max - T min ) / l.

Entsprechend ist der Mischungsgradient wie folgt approximiert: ∂Z/∂x ∝ ΔZ/l = (Zmax – Zmin)/l. Accordingly, the mixing gradient is approximated as follows: ∂Z / ∂x α ΔZ / l = (Z max - Z min ) / l.

Der Mischungsbruch Z ist mit der Luftzahl λ über die Beziehung λ = Zst/Z·((1 – Z)/(1 – Zst)) verknüpft. Hierbei ist Zst der Wert des Mischungsbruchs Z bei stöchiometrischer Mischung λ = 1. Der Mischungsbruch ist also eine zur Luftzahl λ alternative Definition des lokalen Kraftstoff-Luftverhältnis im Vergleich zur stöchiometrischen Mischung. Als Massenverhältnis bietet sie sich eher als erstere für numerische Simulationen der Mischungsverhältnisse im Brennraum an.The mixture fraction Z is with the air ratio λ over the relationship λ = Z st / Z · ((1-Z) / (1-Z st )) connected. In this case, Z st is the value of the mixture fraction Z at stoichiometric mixture λ = 1. The mixture fraction is thus an alternative to the air ratio λ definition of the local air-fuel ratio compared to the stoichiometric mixture. As a mass ratio, it is more appropriate than the former for numerical simulations of the mixing ratios in the combustion chamber.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform wird durch die Länge l und die Temperaturdifferenz (ΔT = Tmax – Tmin) bzw. die Mischungsbruch-Differenz (ΔZ = Zmax – Zmin) ein jeweiliges Dissipationselement definiert.In a particularly expedient embodiment, a respective dissipation element is defined by the length l and the temperature difference (.DELTA.T = T max - T min ) or the mixing fraction difference (.DELTA.Z = Z max - Z min ).

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen einer räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines aufgeladenen Ottomotors, umfassend die folgenden Schritte:

  • A) Definieren von wenigstens einer Zone in der Brennkammer,
  • B) Durchführen des Verfahrens mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale für jede der in Schritt A) definierten Zonen, so dass jeder Zone eine lokale Wahrscheinlichkeit zugeordnet ist.
The invention further relates to a method for determining a spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking processes in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a supercharged gasoline engine, comprising the following steps:
  • A) defining at least one zone in the combustion chamber,
  • B) performing the method with one or more of the foregoing features for each of the zones defined in step A), such that each zone is assigned a local probability.

Ein solches Verfahren erlaubt durch Anwendung des vorangehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer lokalen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen in einer Mehrzahl von Gitterpunkten in dem Kraftstoff-Luftgemisch, wenn dieses beispielsweise in der Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet ist, die Berechnung einer räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfen in dem Kraftstoff-Luftgemisch in der Brennkammer. Hierzu kann die Brennkammer in der Art eines dreidimensionalen Gitternetzes in die Mehrzahl von Gitterpunkten zerlegt werden und sukzessive für jeden Gitterpunkt das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung der lokalen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen durchgeführt werden.Such a method, by applying the aforementioned method for determining a local probability for the occurrence of super-knocking in a plurality of grid points in the fuel-air mixture, when it is arranged, for example, in the combustion chamber of the internal combustion engine, allows the calculation of a spatial probability distribution for the occurrence of super-knock in the fuel-air mixture in the combustion chamber. For this purpose, the combustion chamber can be divided into the plurality of grid points in the manner of a three-dimensional grid, and the method according to the invention for calculating the local probability for the occurrence of super-beating can be carried out successively for each grid point.

Das Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung eignet sich besonders im Zusammenhang mit der Entwicklung von Ottomotoren, wenn die Brennkammer eines solchen Ottomotors derart ausgelegt werden soll, dass kein unerwünschtes Super-Klopfen, welches zur Zerstörung des Ottomotors führen kann, auftreten darf. Es sind jedoch selbstverständlich auch zahlreiche andere Anwendungsgebiete für die beiden erfindungsgemäßen Verfahren in Verbindung mit der Entwicklung von Brennkraftmaschinen vorstellbar. Beispielsweise kann daran gedacht sein, das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden, wenn die Brennkammer der Brennkraftmaschine geometrisch dimensioniert werden soll.The method for determining the spatial probability distribution is particularly suitable in connection with the development of gasoline engines, if the combustion chamber of such a gasoline engine is to be designed such that no unwanted super-beating, which can lead to the destruction of the gasoline engine may occur. However, of course, numerous other fields of application for the two methods according to the invention in connection with the development of internal combustion engines are conceivable. For example, it may be thought to use the inventive method when the combustion chamber of the internal combustion engine is to be geometrically dimensioned.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren durch numerische Simulation für eine Mehrzahl von Zonen oder Gitterpunkten in der Brennkammer durchgeführt. Hierbei wird die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte eines räumlichen Temperaturgradienten und des Mischungsgradienten des Kraftstoff-Luftgemisches sowie einer diesem räumlichen Temperatur- bzw. Mischungsgradienten zugeordneten gleichen Länge, über welche hinweg der Temperatur- bzw. Mischungsgradient im Wesentlichen konstant ist unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemisches tabellarisch, also in der Art eines ”Lookup-Tables”, abgelegt. Dasselbe gilt für die thermodynamischen und reaktionskinetischen Parameter. Auf diese Weise lässt sich ermitteln, mit welcher Wahrscheinlichkeit Super-Klopfvorgänge in verschiedenen Zonen bzw. Gitterpunkten der Brennkammer der Brennkraftmaschine auftreten können.In a preferred embodiment, the method according to the invention is carried out by numerical simulation for a plurality of zones or grid points in the combustion chamber. Here, the common probability density of a spatial temperature gradient and the mixing gradient of the fuel-air mixture and this spatial temperature or mixing gradient associated with the same length over which the temperature or mixing gradient is substantially constant, taking into account local turbulence effects of the fuel-air mixture in a table , ie in the form of a "lookup table". The same applies to the thermodynamic and reaction kinetic parameters. In this way, it can be determined with what probability super-knocking processes can occur in different zones or grid points of the combustion chamber of the internal combustion engine.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren den folgenden, zusätzlichen Schritt C) umfassen:

  • C) Ermitteln des Maximalwerts Pmax Klopf aus den in Schritt B) für jede Zone bzw. jeden Gitterpunkt berechneten lokalen Wahrscheinlichkeiten. Auf diese Weise lässt sich die erzeugte Datenmenge deutlich reduzieren, was von Bedeutung sein kann, wenn die berechneten Maximalwerte in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs in der Art eines ”Lookup-Tables” zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden soll und in dem Steuergerät nur ein begrenzter Speicherplatz zum Speichern eines solchen ”Lookup-Tables” zur Verfügung steht. Ein solches ”Lookup-Table” kann dazu verwendet werden, um zu überprüfen, ob bei bestimmten Werten der Betriebsparametern der Brennkraftmaschine die Gefahr des Auftretens von unerwünschtem ”Super-Klopfen” besteht, so dass das Steuergerät in einem solchen Fall die eingestellten Werte der Betriebsparameter in einen Wertebereich ändert, in welchem das Auftreten von Super-Klopfen ausgeschlossen werden kann.
In a particularly preferred embodiment, the process may comprise the following additional step C):
  • C) Determining the maximum value P max knock from the local probabilities calculated in step B) for each zone or grid point. In this way, the amount of data generated can be significantly reduced, which can be of importance if the calculated maximum values in a control unit of a motor vehicle in the manner of a "lookup tables" to control the internal combustion engine to be used and in the controller only a limited space to store such a "lookup" Tables "is available. Such a "look-up table" can be used to check whether there is a risk of undesirable "super-knocking" occurring at certain values of the operating parameters of the internal combustion engine, so that the control unit in such a case the set values of the operating parameters changes to a range in which the occurrence of super-knocking can be excluded.

Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungseinrichtung für eine eine Brennkammer aufweisende Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, wobei die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des vorangehend erläuterten Verfahrens zur Berechnung der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfen eingerichtet/programmiert ist. Die Steuerungseinrichtung kann hierzu eine Berechnungseinheit aufweisen, mittels welcher eine maximale Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch bestimmt wird, wobei diese Bestimmung unter Berücksichtigung globaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemischs in der Brennkammer erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung eine Speichereinheit umfassen, in welcher die mittels des vorangehend erläuterten Verfahrens ermittelte räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung speicherbar ist.The invention further relates to a control device for an internal combustion engine having a combustion chamber, in particular for a gasoline engine, wherein the control device is set up / programmed for carrying out the above-explained method for calculating the spatial probability distribution for the occurrence of super-beating. For this purpose, the control device can have a calculation unit, by means of which a maximum probability of the occurrence of super-knocking processes in a fuel-air mixture introduced into the combustion chamber is determined, this determination taking into account global turbulence effects of the fuel-air mixture in the combustion chamber. Alternatively or additionally, the control device may comprise a memory unit in which the spatial probability distribution determined by means of the previously explained method can be stored.

Dies bedeutet, dass in der Steuerungseinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren in Echtzeit durchgeführt werden kann, um das in der Brennkammer enthaltene Kraftstoff-Luftgemisch hinsichtlich des Auftretens von Super-Klopfen analysieren zu können.This means that in the control device, the method according to the invention can be carried out in real time in order to be able to analyze the fuel-air mixture contained in the combustion chamber with regard to the occurrence of super-knocking.

Eine solche Steuerungseinrichtung kann beispielsweise Teil eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine sein, welches die Brennkraftmaschine betriebsmäßig bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug ansteuert. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann in der Steuerungseinrichtung in Echtzeit durchgeführt werden, wenn überprüft werden soll, ob in der Brennkraftmaschine eingestellte Steuerungsparameter wie z. B. der Motordrehzahl oder der Temperatur des Kraftstoff-Luftgemisches das Auftreten von Super-Klopfen begünstigen. Hierzu kann die Steuerungseinheit eine Berechnungseinheit aufweisen, mittels welcher eine räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch bestimmt wird, indem für wenigstens eine Zone jeweils eine lokale Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in dem in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemischs bestimmt wird, wobei diese Bestimmung unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemischs in der Brennkammer erfolgt.Such a control device may for example be part of a control device of the internal combustion engine, which controls the internal combustion engine operationally when used in a motor vehicle. The method according to the invention can then be carried out in the control device in real time, if it is to be checked whether control parameters set in the internal combustion engine, such as, for example, are set. As the engine speed or the temperature of the fuel-air mixture favor the occurrence of super-tapping. For this purpose, the control unit may have a calculation unit, by means of which a spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking processes in an introduced into the combustion chamber air-fuel mixture is determined by at least one zone for each local probability for the occurrence of super-knocking in the is determined in the combustion chamber introduced fuel-air mixture, this determination takes place taking into account local turbulence effects of the fuel-air mixture in the combustion chamber.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dazu eine Super-Klopf-Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels des Zylinderkolbens der Brennkraftmaschine und in Abhängigkeit der oben genannten Steuerungsparameter berechnet werden. Für den Fall, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt wurde, dass die ermittelte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen einen vorbestimmten maximalen oberen Grenzwert überschreitet, kann die Steuerungseinrichtung bzw. deren Berechnungseinheit durch Anwendung eines geeigneten Steuerungsalgorithmus einen oder mehrere Betriebsparameter abändern, um das Auftreten von Super-Klopfen zu vermeiden. In diesem Zusammenhang sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorstellbar. Beispielsweise kann daran gedacht sein, dass in der Steuerungseinrichtung eine geeignete Steuerungs- bzw. Regelungsstrategie implementiert ist, um gegebenenfalls bestimmte Betriebsparameter wie z. B. die Drehzahl der Brennkraftmaschine, den Druck oder die Temperatur des Kraftstoff-Luftgemischs o. ä. zur Vermeidung von Super-Klopfen zu ändern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in diesem Fall zur Überprüfung angewandt werden, um sicherzustellen, ob eine bestimmte Wahl der Werte verschiedener Betriebsparameter mit einer hinreichend kleinen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen verbunden ist. Hierzu kann in der Steuerungseinrichtung eine vorbestimmte, maximal zulässige Obergrenze für die Wahrscheinlichkeit festgelegt sein.By means of the method according to the invention, a super-knocking probability can be calculated as a function of a crank angle of the cylinder piston of the internal combustion engine and in dependence on the above-mentioned control parameters. In the event that it has been determined by means of the method according to the invention that the determined probability for the occurrence of super-knocking exceeds a predetermined maximum upper limit value, the control unit or its calculation unit can modify one or more operating parameters by applying a suitable control algorithm in order to adjust the Avoid occurrence of super-tapping. In this context, numerous applications of the method according to the invention are conceivable. For example, it may be thought that in the control device, a suitable control or regulation strategy is implemented to possibly certain operating parameters such. B. to change the speed of the internal combustion engine, the pressure or the temperature of the fuel-air mixture o. Ä. To avoid super-knock. In this case, the method according to the invention can be used for checking to ensure that a certain choice of the values of different operating parameters is associated with a sufficiently small probability of the occurrence of super-knocking. For this purpose, a predetermined maximum permissible upper limit for the probability can be defined in the control device.

Alternativ zu einer Ausführung des Verfahrens in Echtzeit kann dieses auch ”offline” durchgeführt werden und die auf diese Weise erzeugte maximale Klopf-Wahrscheinlichkeit in der Steuerungseinrichtung/dem Steuergerät in der Art eines ”Lookup-Tables” abgelegt werden. Hierzu kann die Steuerungseinrichtung eine Speichereinheit umfassen, in welcher die ermittelte räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung speicherbar ist. Zur Reduzierung der Datenmenge kann vorab auch aus der für bestimmte Werte der Steuerungsparameter wie z. B. Motor-Drehzahl, Druck des Kraftstoff-Luftgemisches, Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung jeweils nur der Maximalwert der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfen in das ”Lookup-Table” übernommen und in der Speichereinheit abgelegt werden.As an alternative to an execution of the method in real time, this can also be carried out "offline" and the maximum knocking probability generated in this way in the control device / the control unit in the manner of a "lookup table" are stored. For this purpose, the control device may comprise a memory unit in which the determined spatial probability distribution can be stored. To reduce the amount of data can in advance also from the for certain values of the control parameters such. B. engine speed, pressure of the fuel-air mixture, temperature of the fuel-air mixture generated spatial probability distribution only the maximum value of the spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking in the "lookup table" taken and stored in the memory unit ,

In einer weiterbildenden Ausführungsform kann die Steuerungseinrichtung eine räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in verschiedenen Zonen des Brennraums in der Art eines sog. Mehrzonen-Modells zugrunde legen, indem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens für die verschiedenen Zonen jeweils eine lokale Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in dem in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemischs bestimmt wird, wobei diese Bestimmung wiederum unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte und thermodynamischer Parameter in der Brennkammer erfolgt. Als Sonderfall kann insbesondere auch nur eine Zone zugrunde gelegt werden. Dies bedeutet, dass die Steuerungseinrichtung betriebsmäßig, also während des Betriebs der Brennkraftmaschine, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, welche wenigstens teilweise von der Steuerungseinrichtung eingestellt werden können, in der Brennkammer ermitteln kann. In a further embodiment, the control device can use a spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking processes in different zones of the combustion chamber in the manner of a so-called multi-zone model, by using the method according to the invention for the different zones in each case a local probability of occurrence is determined by super-knocking processes in the fuel-air mixture introduced into the combustion chamber, this determination again taking into account local turbulence effects and thermodynamic parameters in the combustion chamber. As a special case, in particular only one zone can be used. This means that the control device can operationally, ie during operation of the internal combustion engine, determine the probability of the occurrence of super-tapping as a function of various operating parameters, which can be set at least partially by the control device, in the combustion chamber.

Vorzugsweise werden die Turbulenzparameter aus der momentanen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine und aus der mittleren Kolbengeschwindigkeit des Zylinderkolbens ermittelt, so dass die Motordrehzahl oder/und die mittlere Kolbengeschwindigkeit als Eingangsparameter für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Die Varianz der lokalen Temperaturfluktuation kann durch die Differenz zwischen einer Einlasstemperatur der Luft oder bei Abgasrückführung des Luft-Abgasgemischs nach Schließen der Einlassventile und einer charakteristischen Wandtemperatur einer Wand der Brennkammer der Brennkraftmaschine zum Quadrat approximiert werden.Preferably, the turbulence parameters are determined from the instantaneous engine speed of the internal combustion engine and from the average piston speed of the cylinder piston, so that the engine speed or / and the average piston speed can be used as input parameters for carrying out the method according to the invention. The variance of the local temperature fluctuation may be approximated by the difference between an intake temperature of the air or exhaust gas recirculation of the air-exhaust gas mixture after closing the intake valves and a characteristic wall temperature of a wall of the combustion chamber of the internal combustion engine.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer eine Brennkammer aufweisenden Brennkraftmaschine sowie mit einer Steuerungseinrichtung mit einem oder mehreren der vorangehend erläuterten Merkmale, wobei die Steuerungseinrichtung die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der mittels der Berechnungseinheit bestimmten oder in der Speichereinheit gespeicherten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelten maximalen Klopf- Wahrscheinlichkeit ansteuert. Vorzugsweise kann die Ansteuerung in Abhängigkeit von der vorangehend erläuterten, auf jeweilige Wahrscheinlichkeits-Maximalwerte reduzierten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung erfolgen. Zur Reduzierung der Datenmenge kann vorab auch aus der für bestimmte Werte der Steuerungsparameter wie z. B. Motor-Drehzahl, Druck des Kraftstoff-Luftgemisches, Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung jeweils nur der Maximalwert der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfen in das ”Lookup-Table” übernommen und in der Speichereinheit abgelegt werden.The invention also relates to a motor vehicle having an internal combustion engine having a combustion chamber and to a control device having one or more of the features explained above, the control device determining the internal combustion engine as a function of the maximum knocking probability determined as a function of the spatial probability distribution determined by the calculation unit or stored in the memory unit controls. Preferably, the activation can take place as a function of the spatial probability distribution which has been explained above and which is reduced to respective maximum probability values. To reduce the amount of data can in advance also from the for certain values of the control parameters such. B. engine speed, pressure of the fuel-air mixture, temperature of the fuel-air mixture generated spatial probability distribution only the maximum value of the spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking in the "lookup table" taken and stored in the memory unit ,

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:It show, each schematically:

1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a block diagram of the method according to the invention,

2a/b eine zweidimensionale Temperaturverteilung und deren räumliche Zerlegung in sog. Dissipationselemente, 2a / b a two-dimensional temperature distribution and its spatial decomposition into so-called dissipation elements,

3 ein Bereichsdiagramm für die Vorhersage von Super-Klopfen, 3 an area diagram for the prediction of super-tapping,

4 eine Beispiel einer normierten gemeinsamen Wahrscheinlichkeitsdichte des Temperaturgradienten ΔT/l und der Länge l, 4 an example of a normalized common probability density of the temperature gradient ΔT / l and the length l,

5 ein exemplarisches Zündungsverzugzeit-Temperatur-Diagramm, 5 an exemplary ignition delay time temperature diagram,

6a/b eine grobschematische Darstellung einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, 6a / b is a rough schematic representation of a combustion chamber of an internal combustion engine,

7 eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete maximale Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen in Abhängigkeit von einem momentanen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine, 7 a maximum probability for the occurrence of super-beating as a function of a current crank angle of the internal combustion engine calculated by means of the method according to the invention,

8 eine grobschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 8th a rough schematic representation of a control device according to the invention for carrying out the method according to the invention.

In der 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer lokalen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in eine Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch in einem schematischen Ablaufdiagramm dargestellt.In the 1 the method according to the invention for determining a local probability for the occurrence of super-knocking processes in a fuel-air mixture introduced into a combustion chamber is illustrated in a schematic flowchart.

In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden als thermodynamische Parameter die Temperatur T, der Druck P, und die lokale Luftzahl λ des betrachteten Kraftstoff-Luftgemisches bereitgestellt. Dabei ist τe die Schallanregungszeit und τ die Zündverzugszeit. Des Weiteren werden in Schritt S1 die reaktionskinetischen Parameter τ(T, p, λ) und τe(T, p, λ) als Funktion der Temperatur T und des Druckes p und der Luftzahl λ bereitgestellt. Wie bereits erläutert, ist der Mischungsbruch Z mit der Luftzahl λ über die Beziehung λ = Zst/Z·((1 – Z)/(1 – Zst)) verknüpft. Hierbei ist Zst der Wert des Mischungsbruchs Z bei stöchiometrischer Mischung λ = 1. Der Mischungsbruch ist also eine zur Luftzahl λ alternative Definition des lokalen Kraftstoff-Luftverhältnis im Vergleich zur stöchiometrischen Mischung.In a first step S1 of the method, the temperature T, the pressure P, and the local air ratio λ of the considered fuel-air mixture are provided as thermodynamic parameters. Where τ e is the sound excitation time and τ is the ignition delay time. Furthermore, in step S1, the reaction kinetic parameters τ (T, p, λ) and τ e (T, p, λ) are provided as a function of the temperature T and the pressure p and the air ratio λ. As already explained, the mixture fraction Z is linked to the air ratio λ via the relationship λ = Z st / Z * ((1-Z) / (1-Z st )). In this case, Z st is the value of the mixture fraction Z at stoichiometric mixture λ = 1. The mixture fraction is thus an alternative to the air ratio λ definition of the local air-fuel ratio compared to the stoichiometric mixture.

Die funktionalen Abhängigkeiten τ(T, p, λ) und τe(T, p, λ) zur Bereitstellung der reaktionskinetischen Parameter können durch numerische Simulationsrechnungen ermittelt werden. In der 5 ist exemplarisch eine mittels Simulation berechnete Abhängigkeit τ(T, p) gezeigt, und zwar für eine stöchiometrische (λ = 1) PRF-Mischung mit 85% Iso-Oktan und 15% n-Heptan bei drei verschiedenen Drücken p1, p2, p3.The functional dependencies τ (T, p, λ) and τ e (T, p, λ) for providing the reaction kinetic parameters can be determined by numerical simulation calculations. In the 5 By way of example, a dependence τ (T, p) calculated by simulation is shown, namely for a stoichiometric (λ = 1) PRF mixture with 85% iso-octane and 15% n-heptane at three different pressures p 1 , p 2 , p 3 .

Folglich lassen sich aus den bekannten thermodynamischen Parametern p, T und λ der PRF-Mischung des verwendeten Kraftstoff-Luftgemisches die für die Berechnung der gesuchten Wahrscheinlichkeit erforderlichen Parameter τ(T, p, λ) und τe(T, p, λ) ermitteln. Selbstverständlich können auch Mischungen anderer chemischer Komponenten zur Repräsentation von Benzin-Kraftstoffen, für die ebenfalls Zündverzugszeiten und die Schallanregungszeit berechnet und approximiert werden können, verwendet werden.Consequently, the parameters τ (T, p, λ) and τ e (T, p, λ) required for the calculation of the desired probability can be determined from the known thermodynamic parameters p, T and λ of the PRF mixture of the fuel-air mixture used , Of course, mixtures of other chemical components for the representation of gasoline fuels, for which also ignition delay times and the sound excitation time can be calculated and approximated, can be used.

Schließlich werden in Schritt S1 auch die die lokalen Turbulenzbedingungen in dem Kraftstoff-Luftgemisch beschreibenden Turbulenzparametern k, <ε>, <T'2> und <Z'2> bereitgestellt. Dabei ist k die kinetische Energie der Turbulenz des Kraftstoff-Luft-Gemisches im betrachteten Raumbereich, <ε> ihre Dissipation, <T'2> die Varianz der Temperaturfluktuationen und <Z'2> die Varianz der Mischungsbruchfluktuation.Finally, the turbulence parameters k, <ε>, <T ' 2 > and <Z' 2 > describing the local turbulence conditions in the fuel-air mixture are also provided in step S1. Here, k is the kinetic energy of the turbulence of the fuel-air mixture in the space considered, <ε> its dissipation, <T ' 2 > the variance of the temperature fluctuations and <Z' 2 > the variance of the mixture break fluctuation.

Um nun eine möglichst hohe Vorhersagegenauigkeit von Super-Klopfvorgängen in verschiedenen Raumbereichen der Brennkammer der Brennkraftmaschine auch unter Realbedingungen sicherzustellen, welche das Auftreten von turbulenzbedingten starken lokalen Schwankungen des Temperaturgradienten ∂T/∂x bzw. des Mischungsbruchgradienten ∂Z/∂x des Kraftstoff-Luftgemisches einschließen, werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren lokale Turbulenzeffekte des Temperaturgradienten ∂T/∂x und/oder des Mischungsbruchgradienten ∂Z/∂x und der Längen l, über welche hinweg diese jeweils im Wesentlichen konstant sind, im Kraftstoff-Luftgemisch berücksichtigt.In order to ensure the highest possible prediction accuracy of super-knocking processes in different spatial regions of the combustion chamber of the internal combustion engine even under real conditions, which is the occurrence of turbulence-related strong local fluctuations of the temperature gradient ∂T / ∂x or the mixture break gradient ∂Z / ∂x of the fuel-air mixture In the method according to the invention, in contrast to methods known from the prior art, local turbulence effects of the temperature gradient ∂T / ∂x and / or the mixing fraction gradient ∂Z / ∂x and of the lengths l over which they are respectively substantially constant , considered in the fuel-air mixture.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hierfür ein als homogen angenommenes, simuliertes Kraftstoff-Luftgemisch in eine Vielzahl von Teilgebieten zerlegt, in welchen der Temperaturgradient ∂T/∂x und/oder der Mischungsbruchgradient ∂Z/∂x des Kraftstoff-Luftgemisches im Wesentlichen konstant sind. Dazu wird eine sog. Direkte Numerische Simulation („DNS”) des Strömungsfeldes und des Temperaturfeldes und/oder des Mischungsbruchfeldes des Krafstoff-Luftgemischs durchgeführt Hierfür werden die dem Fachmann bekannten Navier-Stokes-Gleichungen herangezogen und die partiellen Ableitungen in den Navier-Stokes-Gleichungen und in der Gleichung für die Temperatur und/oder für den Mischungsbruch durch Differenzenformeln und/oder durch eine Fourier-Transformation ersetzt, und anschließend das dadurch entstehende Gleichungssystem numerisch gelöst. Dabei kann der betrachtete physikalische Raum beispielsweise in 10243, 20483 oder 40963 Gitterpunkte aufgeteilt werden. Um auch die kleinsten auftretenden Längen der Turbulenz auflösen zu können, werden typischerweise nur Ausschnitte aus der gesamten Strömung mit einer räumlichen Größe von ca. 1 cm3 betrachtet. Auf der Grundlage der numerischen Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen wird anschließend eine Dissipationselemente-Analyse durchgeführt. Diese ist in dem Ablaufdiagramm der 1 unter dem Verfahrensschritt S2 zusammengefasst.In the method according to the invention, for this purpose a simulated fuel-air mixture assumed to be homogeneous is decomposed into a plurality of subregions in which the temperature gradient ∂T / ∂x and / or the mixture fraction gradient ∂Z / ∂x of the fuel-air mixture are substantially constant. For this purpose, a so-called. Direct numerical simulation ("DNS") of the flow field and the temperature field and / or the mixture fraction field of the fuel-air mixture is carried out for this purpose, the Navier-Stokes equations known to the expert are used and the partial derivatives in the Navier-Stokes Equations and in the equation for the temperature and / or for the mixture break replaced by difference formulas and / or by a Fourier transform, and then solved the resulting equation system numerically. In this case, the considered physical space can be divided, for example, into 1024 3 , 2048 3 or 4096 3 grid points. In order to be able to resolve even the smallest occurring lengths of turbulence, only sections of the entire flow with a spatial size of about 1 cm 3 are typically considered. Based on the numerical solution of the Navier-Stokes equations, a dissipation element analysis is then performed. This is in the flow chart of 1 summarized under the method step S2.

Mittels der Dissipationselemente-Analyse gemäß Schritt S2 wird in Schritt S3 des das erfindungsgemäße Verfahren beschreibenden Ablaufdiagramms (vgl. 1) eine kombinierte gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte P(l, g) eines approximierten Gradienten ∂ϕ/∂x ∝ Δϕ/l = g sowie einer diesem Gradienten zugeordneten Länge l ermittelt. Dabei kann der Gradient ∂ϕ/∂x als Kombination aus Temperaturgradient ∂T/∂x und Mischungsbruchgradient ∂Z/∂x ermittelt werden, was im Folgenden im Zusammenhang mit Gleichung (5) noch genauer erläutert wird. Eine analoge Beziehung gilt für die Kombination der approximierten Gradienten ΔT/l und ΔZ/l zu Δϕ/l nach Gleichung (6).By means of the dissipation element analysis according to step S2, the flowchart describing the method according to the invention (cf. 1 ) determines a combined joint probability density P (l, g) of an approximated gradient ∂φ / ∂x α Δφ / l = g and a length l assigned to this gradient. In this case, the gradient ∂φ / ∂x can be determined as a combination of temperature gradient ∂T / ∂x and mixture fraction gradient ∂Z / ∂x, which will be described below in connection with equation (5) will be explained in more detail. An analogous relationship applies to the combination of the approximated gradients ΔT / l and ΔZ / l to Δφ / l according to equation (6).

Nach Durchführung der Dissipationselement-Analyse lässt sich somit gemäß Schritt S3 eine gemeinsame lokale Wahrscheinlichkeitsdichte P(l, g) mit dem Gradienten g = Δϕ/l und der Länge l bestimmen. Für den vereinfachten Fall eines konstanten Mischungsbruches ist statt des kombinierten Gradienten der approximierte Temperaturgradient ΔT/l zu verwenden. Durch Normierung mit entsprechenden Mittelwerten wird dem Berechnungsverfahren eine dimensionslose und damit universelle Darstellung zugrunde gelegt (vgl. 4).After performing the dissipation element analysis, a common local probability density P (l, g) with the gradient g = Δφ / l and the length l can thus be determined according to step S3. For the simplified case of a constant mixing break, the approximated temperature gradient ΔT / l should be used instead of the combined gradient. By normalizing with corresponding mean values, the calculation method is based on a dimensionless and therefore universal representation (cf. 4 ).

Die im Zusammenhang mit Schritt S2 genannte Dissipationselemente-Analyse wird nun im Folgenden anhand der 2 und 3 genauer erläutert. Bei der Dissipationselemente-Analyse werden sog. Dissipationselemente als Raumbereich-füllende Strukturen in einem skalaren Feld, beispielsweise dem Temperaturfeld des Kraftstoff-Luftgemisches in der Brennkammer, definiert. Die Dissipationselemente können dabei durch Verwendung von sog. Gradienten-Trajektorien erzeugt werden können. Folgt man z. B. in einem Temperaturfeld einer solchen Gradienten-Trajektorie von einem beliebigen Raumpunkt aus in ansteigender Richtung, so erreicht man einen Raumpunkt mit einem Temperatur-Maximalwert. Entsprechend erreicht man von diesem beliebigen Raumpunkt aus einen Temperatur-Minimalwert, wenn man einer Gradienten-Trajektorie in absteigender Richtung folgt. Ein Dissipationselement ist dabei als räumlicher Bereich im Sinne einer Menge von Raumpunkten definiert, von welchem jeweils derselbe Raumpunkt mit Maximalwert bzw. Minimalwert über Gradienten-Trajektorien erreicht werden. Innerhalb eines Dissipations-Elements weist der Temperatur-Gradient also einen im Wesentlichen konstanten Verlauf auf. Entsprechendes gilt mutatis mutandis für die Ermittlung von Dissipationselementen in einem Mischungsbruchfeld, was der Übersichtlichkeit halber in der 3 nicht gezeigt ist.The dissipation element analysis mentioned in connection with step S2 will now be described below with reference to FIG 2 and 3 explained in more detail. In the dissipation element analysis, so-called dissipation elements are defined as space-filling structures in a scalar field, for example the temperature field of the fuel-air mixture in the combustion chamber. The dissipation elements can be generated by using so-called gradient trajectories. If you follow z. B. in a temperature field of such a gradient trajectory from any point in space in the rising direction, one reaches a point in space with a maximum temperature value. Accordingly, one reaches a temperature minimum value from this arbitrary point in space, if one follows a gradient trajectory in descending direction. A dissipation element is defined as a spatial region in the sense of a set of spatial points, from which in each case the same spatial point with maximum value or minimum value is achieved via gradient trajectories. Within a dissipation element, the temperature gradient thus has a substantially constant course. The same applies mutatis mutandis for the determination of Dissipationselementen in a mixed fraction field, which for clarity in the 3 not shown.

In der 3a ist exemplarisch ein Gebiet 9 mit einer zweidimensionalen turbulenten Temperaturverteilung dargestellt. Die mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten Punkte sind Orte, in welchen die Temperatur T einen Temperatur-Minimalwert annimmt, die mit dem Bezugszeichen 6 bezeichneten Punkte sind Orte, an welchen die Temperatur T einen Temperatur-Maximalwert annimmt. Die mit 7 bezeichneten Linien repräsentieren Grenzlinien zwischen den verschiedenen Dissipations-Elementen 8. Aus der 3a lässt sich entnehmen, dass das Gebiet 9 mittels der Dissipations-Elemente 8 in eine Vielzahl kleinerer Bereiche unterteilt werden kann, welche jeweils hinsichtlich des Auftretens von Super-Klopfen einer genaueren Analyse zugänglich sind.In the 3a is an example of an area 9 represented with a two-dimensional turbulent temperature distribution. The with the reference number 5 designated points are places in which the temperature T assumes a temperature minimum value, denoted by the reference numeral 6 designated points are places where the temperature T assumes a maximum temperature value. With 7 labeled lines represent boundary lines between the various dissipation elements 8th , From the 3a can be inferred that the area 9 by means of the dissipation elements 8th can be subdivided into a plurality of smaller regions, each of which is amenable to a more detailed analysis for the occurrence of super-tapping.

Die Länge eines Dissipationselements 8 beträgt typischerweise 2 Taylor-Längen λT = (10·ν·k/<ε>)1/2. Nur innerhalb eines jeweiligen Dissipationselements 8, in welchem der Temperaturgradient im Wesentlichen konstant ist, kann die bereits erläuterte Resonanz zwischen der Reaktionsfront-Geschwindigkeit u und der Schallgeschwindigkeit a auftreten und einen Klopfvorgang bis hin zum Super-Klopfen erzeugen.The length of a dissipation element 8th is typically 2 Taylor lengths λ T = (10 · ν · k / <ε>) 1/2 . Only within a respective dissipation element 8th in which the temperature gradient is substantially constant, the already explained resonance between the reaction front velocity u and the sound velocity a can occur and produce a knocking process up to the super-beating.

Betrachtet man in der 3a das mit 10 bezeichnete Dissipationselement, welches in der 3b separat und vergrößert dargestellt ist, und den darin angeordneten Punkt mit maximaler Temperatur 11 sowie den Punkt 12 mit minimaler Temperatur, so ist der Quotient aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur und dem mit l bezeichneten Abstand der beiden Punkte 11, 12 ein Maß für den Temperaturgradienten ∂T/∂x im Dissipationselement 10. Looking at the 3a that with 10 designated dissipation element, which in the 3b is shown separately and enlarged, and the point arranged therein at maximum temperature 11 as well as the point 12 with minimum temperature, the quotient of the temperature difference between maximum and minimum temperature and the distance of the two points denoted by l 11 . 12 a measure of the temperature gradient ∂T / ∂x in the dissipation element 10 ,

Nimmt man nun an, dass das Dissipationselement 10 ein mit einem Kraftstoff-Luftgemisch gefüllter lokaler räumlicher Teilbereich der Brennkammer der Brennkraftmaschine ist, so ist in dem Dissipationselement 10 folgendes Szenario vorstellbar: Während einer Kompressionsphase in der Brennkammer erhöht sich die Temperatur des Kraftstoff-Luftgemisches, was zur Selbstzündung bzw. Vorzündung desselben im Bereich des Punktes 11 mit maximaler Temperatur führen kann. In diesem Bereich werden dabei starke akustische Wellenfronten erzeugt, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Für den Fall, dass dem Punkt 11 benachbarte Dissipationselemente einen geeigneten Temperaturgradienten bzw. Mischungsbruchgradienten aufweisen, kann die oben erwähnte akustische Kopplung stattfinden. Mittels einer solchen akustischen Kopplung kann eine Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches auch in weiteren Dissipationselementen des Gebietes 9 erzeugt werden, was dann letztlich zu dem unerwünschten Super-Klopfen führen kann.Assuming now that the dissipation element 10 is a filled with a fuel-air mixture local spatial portion of the combustion chamber of the internal combustion engine, so is in the dissipation element 10 the following scenario conceivable: During a compression phase in the combustion chamber, the temperature of the fuel-air mixture increases, causing the self-ignition or pre-ignition of the same in the region of the point 11 with maximum temperature. In this area, strong acoustic wavefronts are generated, which propagate in all directions. In the event that the point 11 adjacent dissipation elements have a suitable temperature gradient or mixture break gradient, the above-mentioned acoustic coupling can take place. By means of such an acoustic coupling, an auto-ignition of the fuel-air mixture in other dissipation elements of the area 9 be generated, which can ultimately lead to the undesirable super-tapping.

Um eine Wahrscheinlichkeitsaussage für das Auftreten von Super-Klopfen auf Grundlage der vorangehend erläuterten Zerlegung des zu untersuchenden Bereichs, also der Brennkammer der Brennkraftmaschine, treffen zu können, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren angenommen, dass der durch die Direkte Numerische Simulation gemäß Verfahrenschritt S2 erfasste Ausschnitt jeweils das Gebiet zwischen mehreren Gitterpunkten in der Umgebung des Gitterpunktes x →i beschreibt, wenn, wie im Folgenden noch genauer erläutert werden wird, der Brennraum in ein dreidimensionales Gitternetz mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten x →i zerlegt wird, und dass somit dieses Gebiet eine Mehrzahl von Dissipationselementen enthält. Ein jedes Dissipationselement 8 in dem jeweiligen Feld wird mittels zweier unabhängiger Parameter charakterisiert, und zwar zum einen mittels des Temperaturgradienten ∂T/∂x, der durch ΔT/l approximiert wird, zum anderen mittels des Mischungsbruchgradienten ∂Z/∂x, welcher durch ΔZ/l approximiert wird, zum anderen mittels des jeweiligen linearen Abstands 1, der sich für das Temperaturfeld zwischen den Punkten 11, 12 mit maximaler bzw. minimaler Temperatur, für das Mischungsfeld zwischen dem maximalen und minimalen Mischungsbruch erstreckt. Die jeweiligen Längen werden für die statistische Aussage als gleich gewählt. Ferner wird ein einziger Gradient g = Δϕ/l, der eine Kombination aus dem approximiertem Temperaturgradienten ΔT/l und dem approximierten Mischungsbruchgradienten ΔZ/l (vgl. Gleichung 5) darstellt, der Wahrscheinlichkeitsaussage zugrunde gelegt. In einer vereinfachten Variante kann im Rahmen der Dissipationselemente-Analyse auch auf eine Betrachtung des Mischungsfeldes bzw. Mischungsbruchsgradienten verzichtet werden und nur der Temperaturgradient zur Bestimmung der Dissipationselemente herangezogen werden.In order to be able to make a probability statement for the occurrence of super-knock on the basis of the previously explained decomposition of the area to be examined, ie the combustion chamber of the internal combustion engine, it is assumed in the method according to the invention that the section detected by the direct numerical simulation according to method step S2 in each case the area between several grid points in the vicinity of the grid point x → i describes, if, as will be explained in more detail below, the combustion chamber into a three-dimensional grid with a plurality of grid points x → i is decomposed, and thus that area contains a plurality of dissipation elements. Every dissipation element 8th in the respective field is characterized by means of two independent parameters, on the one hand by means of the temperature gradient ∂T / ∂x, which is approximated by ΔT / l, on the other hand by means of the mixture breaking gradient ∂Z / ∂x, which is approximated by ΔZ / l on the other hand by means of the respective linear distance 1 , which is responsible for the temperature field between the points 11 . 12 with maximum and minimum temperature, for the mixing field between the maximum and minimum mixing fraction extends. The respective lengths are chosen to be the same for the statistical statement. Furthermore, a single gradient g = Δφ / l representing a combination of the approximated temperature gradient ΔT / l and the approximated mixture fraction gradient ΔZ / l (see Equation 5) is taken as the basis of the probability statement. In a simplified variant, in the context of the dissipation element analysis, it is also possible to dispense with a consideration of the mixture field or mixture fracture gradient and only the temperature gradient can be used to determine the dissipation elements.

Betrachtet man nun wieder das Ablaufdiagramm der 1, so erkennt man, dass die gesuchte Wahrscheinlichkeit PKlopf für das Auftreten eines Klopfvorgangs, insbesondere von Super-Klopfen, in dem betrachteten lokalen Raumbereich x →i der Brennkammer gemäß Schritt S4 des Ablaufdiagramms durch Aufintegration der Wahrscheinlichkeitsdichte P(l, g) über l und über den Gradienten g, also

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berechnet werden kann. Entscheidend ist erfindungsgemäß hierbei, dass bei der Integration nur derjenige Teil des funktionalen Raums von l und g berücksichtigt wird, in welchem überhaupt ein Klopfvorgang auftreten kann. Aus der theoretischen Modellierung ist nämlich bekannt, dass für bestimmte Wertebereiche von l und g keinerlei Super-Klopfeffekte auftreten können.Looking again at the flow chart of 1 , it can be seen that the sought probability P knock for the occurrence of a knocking operation, in particular of super-knocking, in the considered local space area x → i the combustion chamber according to step S4 of the flowchart by integration of the probability density P (l, g) over l and over the gradient g, ie
Figure DE102012219353B3_0002
can be calculated. Decisive in this case according to the invention is that in the integration only that part of the functional space of l and g is considered, in which a knocking can occur at all. For it is known from theoretical modeling that for certain value ranges of 1 and g, no super-knocking effects can occur.

Einem sog. ”Bereichsdiagramm”, welches dem Fachmann bekannt und in der 3 dargestellt ist, kann entnommen werden, für welche Werte der Reaktionsfront-Geschwindigkeit u, der Schallgeschwindigkeit a, der sog. Schallanregungszeit τe des Kraftstoff-Luftgemisches, und einer Länge l, über welche hinweg der Temperaturgradient ∂T/∂x und/oder der Mischungsbruchgradient ∂Z/∂x in dem Kraftstoff-Luftgemisch im Wesentlichen konstant ist, Klopfvorgänge bis hin zum Super-Klopfen auftreten können. Die Schallanregungszeit τe ist dabei als Zeitdauer definiert, die vergeht, bis die relative Wärme-Freisetzungsrate bei der Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches von 5% auf einen Maximalwert ansteigt.A so-called "area diagram", which is known to the person skilled in the art and in which 3 for which values of the reaction front velocity u, the sound velocity a, the so-called sound excitation time τ e of the fuel-air mixture, and a length l, over which the temperature gradient ∂T / ∂x and / or the Mixture fracture gradient ∂Z / ∂x in the fuel-air mixture is substantially constant, knocking can occur up to the super-tapping. The sound excitation time τ e is defined here as the time duration which elapses until the relative heat release rate in the auto-ignition of the fuel-air mixture rises from 5% to a maximum value.

Im Zusammenhang mit dem Bereichsdiagramm 1 der 2 ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, dass für das Auftreten von Super-Klopfen eine Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches an heißen Stellen in der Brennkammer einer Brennkraftmaschine eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung ist. In diesem Zusammenhang sind theoretische Modelle bekannt, welche das Auftreten von unerwünschten Superklopf-Effekten ausgehend von den heißen Stellen der Selbstzündung des reaktiven Kraftstoff-Luftgemisches unter Berücksichtigung verschiedener Kraftstoffarten behandeln. Eine derartige theoretische Behandlung der Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches und ein etwaiges Auftreten von Super-Klopfen basiert auf einer Analyse der Ausbreitungsmoden von Reaktionsfronten des reaktiven Kraftstoff-Luftgemisches mit Temperaturgradient ∂T/∂x und/oder mit Mischungsbruchgradient ∂Z/∂x in der Endphase der Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches.In connection with the area diagram 1 of the 2 is generally known to those skilled in that for the occurrence of super-knocking a self-ignition of the fuel-air mixture at hot spots in the combustion chamber of an internal combustion engine is a necessary, but not sufficient condition. In this connection, theoretical models are known which deal with the occurrence of undesirable super-knocking effects from the hot spots of auto-ignition of the reactive fuel-air mixture taking into account different types of fuel. Such a theoretical treatment of the auto-ignition of the air-fuel mixture and a possible occurrence of super-knocking is based on an analysis of the propagation modes of reaction fronts of the reactive fuel-air mixture with temperature gradient ∂T / ∂x and / or with mixing fraction gradient ∂Z / ∂x in the Final phase of the ignition of the fuel-air mixture.

In einer solchen theoretischen Behandlung wird das Auftreten von Super-Klopfen als ein akustischer Resonanzeffekt zwischen der Reaktionsfront-Geschwindigkeit u und der Schallgeschwindigkeit a beschrieben. Für das Auftreten eines Super-Klopfvorgangs ist es demnach erforderlich, dass die Ableitung der Zündverzugszeit τ nach der Temperatur T, also ∂τ/∂T, lokal mit dem räumlichen Temperaturgradienten ∂T/∂x, sowie die Ableitung der Zündverzugszeit nach dem Mischungsbruch ∂τ/∂Z mit dem Mischungsbruchgradienten ∂Z/∂x, in Ausbreitungsrichtung der Reaktionsfront derart koppelt, dass eine Reaktionswelle in einer Reaktionsfront-Geschwindigkeit u resultiert, welche im Größenordnungsbereich der Schallgeschwindigkeit a liegt. In diesem Fall ist das Auftreten von Super-Klopfen möglich.In such a theoretical treatment, the occurrence of super-knock is described as an acoustic resonance effect between the reaction front velocity u and the sound velocity a. For the occurrence of a super-knocking process, it is therefore necessary that the derivation of the ignition delay time τ after the temperature T, ie ∂τ / ∂T, locally with the spatial temperature gradient ∂T / ∂x, as well as the derivation of Zündverzugszeit after the mixture break ∂ τ / ∂Z with the mixture fraction gradient ∂Z / ∂x, coupled in the propagation direction of the reaction front such that a reaction wave results in a reaction front velocity u, which is in the order of magnitude of the speed of sound a. In this case, the occurrence of super-knocking is possible.

Bei der Verwendung eines ”Bereichsdiagramms” in herkömmlichen, aus der Stand der Technik bekannten Simulationsverfahren bleiben einerseits die Einflüsse des Mischungsbruchgradienten, andererseits die turbulenten Bedingungen, die den örtlichen Temperaturgradienten ∂T/∂x bzw. den örtlichen Mischungsbruchgradienten ∂Z/∂x bestimmen, wie sie in der Brennkammer einer Brennkraftmaschine auftreten, unberücksichtigt, wobei für letztere fest angenommene Zahlenwerte verwendet werden, was zu einer fehlerhaften oder nur ungenauen Vorhersage hinsichtlich des Auftretens von Super-Klopfen führen kann.When using an "area diagram" in conventional simulation methods known from the prior art, on the one hand the influences of the mixture rupture gradient and on the other hand the turbulent conditions determining the local temperature gradient ∂T / ∂x or the local mixture rupture gradient ∂Z / ∂x remain as they occur in the combustion chamber of an internal combustion engine, for the latter, fixed assumed numerical values are used, which may lead to erroneous or only inaccurate prediction of the occurrence of super-tapping.

Die Verwendung des Bereichsdiagramms der 3 alleine ist also zur Vorhersage des Auftretens von Super-Klopfen nur unzureichend geeignet; demgegenüber wird das Bereichsdiagramm im erfindungsgemäßen Verfahren nur als Teilaspekt, nämlich bei der Aufintegration der Wahrscheinlichkeitsdichte, welche unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte berechnet wird, zur gesuchten Wahrscheinlichkeit verwendet, um Integrationsgrenzen bei der Aufintegration festzulegen.The use of the area diagram of the 3 so alone is insufficient to predict the occurrence of super-tapping; In contrast, the area diagram in the method according to the invention is used only as a partial aspect, namely in the integration of the probability density, which is calculated taking into account local turbulence effects, to the sought probability in order to establish integration limits during the integration.

Für die folgenden Ausführungen wird der komplexere Fall erläutert, bei welchem sowohl der Mischungsbruchgradient als auch der Temperaturgradient (∂T/∂x) des Kraftstoff-Luftgemisches (dZ/∂x) betrachtet wird, und für beide Größen jeweils eine separate Wahrscheinlichkeitsdichte berechnet wird, welche dann in einem zusätzlichen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer gemeinsamen Wahrscheinlichkeitsdichte kombiniert werden kann. In einer vereinfachten Variante kann der Mischungsbruch und der Mischungsbruchgradient vollständig außer Betracht gelassen werden, d. h. für die folgenden Gleichungen gilt im vereinfachten Fall ∂Z/∂x = 0, ∂τ/∂Z = 0.For the following explanations, the more complex case is explained in which both the mixture rupture gradient and the temperature gradient (∂T / ∂x) of the fuel-air mixture (dZ / ∂x) are considered, and for each size a separate probability density is calculated, which can then be combined in an additional step of the method according to the invention to a common probability density. In a simplified variant, the mixture fraction and the mixture fraction gradient can be completely disregarded, i. H. for the following equations, in the simplified case ∂Z / ∂x = 0, ∂τ / ∂Z = 0.

Im Zusammenhang mit den vorangehenden Ausführungen ist die Reaktionsfront-Geschwindigkeit u = 1/(∂τ/∂T·∂T/∂x + ∂τ/∂Z·∂Z/∂x), (2) In connection with the foregoing, the reaction front velocity is u = 1 / (∂τ / ∂T · ∂T / ∂x + ∂τ / ∂Z · ∂Z / ∂x), (2)

In dem Bereichsdiagramm der 3 ist auf der x-Achse der dimensionslose Parameter ε und auf der y-Achse der dimensionslose Parameter ξ aufgetragen. Die Parameter ξ und ε sind dabei wie folgt definiert: ξ = a/u = a·(∂τ/∂T·∂T/∂x + ∂τ/∂Z·∂Z/∂x) (3)
ε = l / (a·τe). (4)
In the area diagram of the 3 the dimensionless parameter ε is plotted on the x-axis and the dimensionless parameter ξ on the y-axis. The parameters ξ and ε are defined as follows: ξ = a / u = a · (∂τ / ∂T · ∂T / ∂x + ∂τ / ∂Z · ∂Z / ∂x) (3)
ε = 1 / (a · τ e ). (4)

Dabei ist a die Schallgeschwindigkeit und l, wie bereits erläutert, die für Dissipationselemente aus beiden Feldern, dem Temperaturfeld und dem Mischungsbruchfeld, als gleich angenommene Länge, über welche hinweg jeweils der Temperaturgradient ∂T/∂x bzw. der Mischungsbruchgradient ∂Z/∂x im Wesentlichen konstant ist.Here, a is the speed of sound and, as already explained, the length assumed for dissipation elements from both fields, the temperature field and the mixture rupture field, over which the temperature gradient ∂T / ∂x or the mixture rupture gradient ∂Z / ∂x respectively crosses is essentially constant.

Durch die lokal gegebenen thermodynamischen Größen ∂τ/∂T und ∂τ/∂Z sowie der lokalen Gradienten ∂T/∂x und ∂Z/∂x ist weiterhin der Gradient ∂ϕ/∂x = ∂τ/∂T·∂T/∂x + ∂τ/∂Z·∂Z/∂x (5) und der approximierte Gradient g = Δϕ/l = ∂τ/∂T·ΔT/l + ∂τ/∂Z·ΔZ/l (6) definiert.Due to the locally given thermodynamic quantities ∂τ / ∂T and ∂τ / ∂Z as well as the local gradients ∂T / ∂x and ∂Z / ∂x the gradient remains ∂φ / ∂x = ∂τ / ∂T · ∂T / ∂x + ∂τ / ∂Z · ∂Z / ∂x (5) and the approximated gradient g = Δφ / l = ∂τ / ∂T · ΔT / l + ∂τ / ∂Z · ΔZ / l (6) Are defined.

Aus der theoretischen Modellierung ist dem Fachmann nun bekannt, dass nur in dem mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Bereich des Bereichsdiagramms ein Auftreten von Detonationsvorgängen und damit insbesondere von Super-Klopfen möglich ist. Der Bereich 1 wird in ξ-Richtung durch die Linien mit den Bezugszeichen 2 und 3 begrenzt, welche einen oberen Grenzwert ξu(ε) bzw. unteren Grenzwert ξl(ε) wiedergeben. Der für die Aufintegration von P(l, g) zu PKlopf erforderlichen Integrationsgrenzen lauten gu = ξu/a (7)
gl = ξl/a (8)
From the theoretical modeling, it is now known to the person skilled in the art that only in that with the reference character 1 designated area of the area diagram is an occurrence of detonation, and thus in particular of super-knocking is possible. The area 1 is in the ξ-direction through the lines with the reference numerals 2 and 3 limited, which represent an upper limit ξ u (ε) and lower limit ξ l (ε). The integration limits required for the integration of P (l, g) into P knock are g u = ξ u / a (7)
g l = ξ l / a (8)

In Gleichung (9) ergibt sich entsprechend der benötigte Zusammenhang zwischen dem dimensionslosen Parameter ε und dem Abstand l zu l = ε·a·τe. (9) In Equation (9), the required relationship between the dimensionless parameter ε and the distance l results accordingly l = ε · a · τ e . (9)

Somit lassen sich aus dem Bereichsdiagramm der 2 die Integrationsgrenzen gemäß Schritt S4 des Ablaufdiagramms der 1 entnehmen. Thus, from the area diagram of 2 the integration limits according to step S4 of the flowchart of 1 remove.

Im Diagramm der 4 ist exemplarisch eine gemäß Schritt S3 des Ablaufdiagramms der 1 mittels DNS berechnete lokale normierte gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte P(l/lm, ΔT/l/(ΔT/l)m) für den vereinfachten Spezialfall λ = 1 dargestellt, bei dem das Mischungsfeld homogen ist und folglich die Mischungsbruchgradienten verschwinden, also einen Nullwert annehmen. Die Werte für ΔT/l und l sind mit dem Mittelwert des skalaren Gradienten (ΔT/l)m bzw. mit dem Mittelwert des linearen Abstands lm normiert. Dieser Wertebereich ist in dem Beispiel-Diagramm der 4 durch eine Graustufendarstellung wiedergegeben. Dabei bedeuten Graustufen im Zentrum (d. h. bei g/gm = 1, l/lm = 0,8) des L-förmigen Bereiches einen höheren Wert der Wahrscheinlichkeitsdichte P als Graustufen für größere oder kleinere Werte von g/gm und l/lm, d. h. vom Zentrum (Bereich ”I” in der 4) ausgehend fällt die Wahrscheinlichkeitsdichte P in alle Richtungen ab. Der mit ”I” bezeichnete Bereich (vgl. gestrichelte Linie in der 4) weist also eine höhere Wahrscheinlichkeitsdichte P auf als der mit ”II” bezeichnete Bereich, welcher wiederum eine höhere Wahrscheinlichkeitsdichte P aufweist als der mit ”III” bezeichnete Bereich.In the diagram of 4 is an example according to step S3 of the flowchart of 1 is calculated by DNS local normalized joint probability density P (l / l m , ΔT / l / (ΔT / l) m) for the simplified special case λ = 1 shown, in which the mixture field is homogeneous and thus the mixture break gradients disappear, so assume a zero value , The values for ΔT / l and l are normalized with the mean value of the scalar gradient (ΔT / l) m or with the mean value of the linear distance l m . This value range is in the example diagram of 4 represented by a gray scale representation. In this case, gray levels in the center (ie at g / g m = 1, l / l m = 0.8) of the L-shaped area mean a higher value of the probability density P than gray levels for larger or smaller values of g / g m and l / l m , ie from the center (area "I" in the 4 ), the probability density P decreases in all directions. The area denoted by "I" (see dashed line in FIG 4 ) thus has a higher probability density P than the region designated by "II", which in turn has a higher probability density P than the region designated by "III".

Für den komplexeren Fall, in welchem der Mischungsbruchgradient berücksichtigt ist, ist statt ΔT/l der Gradient g zu verwenden, wobei g durch die Kombination der Gradienten ΔT/l und ΔZ/l aus den jeweiligen Dissipationselementen gemäß Gl. (6) zu ermitteln sind. Dabei ergibt sich eine normierte gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichte P(l/lm, g/gm) entsprechend der linearen Beziehung gemäß Gleichung (6) aus einer Faltung der gemeinsamen Wahrscheinlichkeitsdichten P(l/lm, ΔT/l/(ΔT/l)m) und P(l/lm, ΔZ/l/(ΔZ/l)m).For the more complex case in which the mixture rupture gradient is taken into account, the gradient g should be used instead of ΔT / l, where g is determined by the combination of the gradients ΔT / l and ΔZ / l from the respective dissipation elements according to Eq. (6) are to be determined. A normalized joint probability density P (1/1 m , g / g m ) results from a convolution of the joint probability densities P (1/1 m , ΔT / 1 / (ΔT / 1) according to the linear relationship according to equation (6). m ) and P (l / l m , ΔZ / l / (ΔZ / l) m ).

Die bei der Normierung verwendeten Mittelwerte (ΔT/l)m, (ΔZ/l)m und lm lassen sich in Abhängigkeit von verschiedenen, die lokalen Turbulenzbedingungen in dem Kraftstoff-Luftgemisch beschreibenden Turbulenzparameter wie z. B. k, <ε>, <T'2> und <Z'2> für jeden Gitterpunkt x →i berechnen, wenn wie weiter unten erläutert wird, der Brennraum in ein dreidimensionales Gitternetz mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten x →i zerlegt wird. Dabei ist k, wie bereits erläutert, die kinetische Energie der Turbulenz des Kraftstoff-Luft-Gemisches im betrachteten Raumbereich, <ε> ihre Dissipation, <T'2> die Varianz der Temperaturfluktuationen und <Z'2> die Varianz des Mischungsbruches. Die skalare Dissipation der Temperatur χT ist proportional zu k/ε·<T'2>, die skalare Dissipation des Mischungsbruchs χZ ist proportional zu k/ε·<Z'2>.The mean values (ΔT / l) m , (ΔZ / l) m and l m used in the normalization can be determined as a function of various turbulence parameters describing the local turbulence conditions in the fuel-air mixture, such as, for example, K, <ε>, <T ' 2 > and <Z' 2 > for each grid point x → i calculate, as explained below, the combustion chamber into a three-dimensional grid with a plurality of grid points x → i is decomposed. Here, k, as already explained, is the kinetic energy of the turbulence of the fuel-air mixture in the space considered, its dissipation, T 2 the variance of the temperature fluctuations and Z 2 the variance of the mixture break. The scalar dissipation of the temperature χ T is proportional to k / ε · <T ' 2 >, the scalar dissipation of the mixture fraction χ Z is proportional to k / ε · <Z' 2 >.

Aus diesen Größen lassen sich (ΔT/l)m, (ΔZ/l)m und lm wie folgt berechnen: (ΔT/l)m ∝ χT 1/2/(lm 2/3·<ε>1/6), (10)
(ΔZ/l)m ∝ χZ 1/2/(lm 2/3·<ε>1/6), (10')
lm ∝ λT, (11) wobei λT = (10·ν·k/<ε>)1/2 (12) gilt. Dabei ist λT die sog. Mikro-Länge oder ”Taylor-Länge” der Turbulenz und ν die kinematische Viskosität des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
From these quantities, (ΔT / l) m , (ΔZ / l) m and l m can be calculated as follows: (ΔT / l) m α χ T 1/2 / (l m 2/3 · <ε> 1/6 ), (10)
(ΔZ / l) m α χ Z 1/2 / (l m 2/3 · <ε> 1/6 ), (10 ')
l m α λ T , (11) in which λ T = (10 · ν · k / <ε>) 1/2 (12) applies. In this case, λ T is the so-called micro-length or "Taylor length" of the turbulence and ν the kinematic viscosity of the fuel-air mixture.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung der lokalen Wahrscheinlichkeit PKlopf kann nun in verschiedenen lokalen Raumbereichen des Brennraums, also der Brennkammer der Brennkraftmaschine, angewendet werden, um auf diese Weise räumlich aufgelöste Wahrscheinlichkeitsaussagen zu erhalten. Hierfür bietet es sich an, den Brennraum in ein dreidimensionales Gitternetz mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten x →i zu zerlegen, und für jeden Gitterpunkt x →i zu berechnen.The method according to the invention for calculating the local probability P knock can now be used in different local space regions of the combustion chamber, that is to say the combustion chamber of the internal combustion engine, in order to obtain spatially resolved probability statements in this way. For this purpose, it makes sense to the combustion chamber in a three-dimensional grid with a plurality of grid points x → i to disassemble, and for each grid point x → i to calculate.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann schleifenartig für jeden Gitterpunkt x →i wiederholt. Ein solcher Gitterpunkt x →i kann auch zur Definition einer bestimmten Zone in der Brennkammer der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Im Ablaufdiagramm der 1 ist eine solche schleifenartige, imax-fach wiederholte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 1 angedeutet. Dabei bezeichnet imax die Anzahl der Gitterpunkte x →i , der Parameter i dient zur Indizierung der Gitterpunkte x →i und lokalen Wahrscheinlichkeit P' Klopf. Das Verfahren wird wiederholt, bis der Indizierungsparameter i den Maximalwert imax erreicht und danach beendet, was in dem Ablaufdiagramm durch den Verfahrensschritt S5 zum Ausdruck gebracht wird.The method according to the invention then becomes loop-like for each grid point x → i repeated. Such a grid point x → i can also be used to define a particular zone in the combustion chamber of the internal combustion engine. In the flowchart of 1 is such a loop-like, i max -repeated embodiment of the method according to the invention by the arrow with the reference numeral 1 indicated. I max denotes the number of grid points x → i , the parameter i is used to index the grid points x → i and local probability P ' knock . The process is repeated until the indexing parameter i reaches the maximum value i max and then ends, which is expressed in the flowchart by the method step S5.

Mögliche Werte für den Parameter imax zur räumlichen Simulation des gesamten Brennraums liegen zwischen 50000 und 500000. Mittels einer imax-fachen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich folglich i verschiedene lokale Wahrscheinlichkeiten P'Klopf berechnen. Für den Fall, dass mittels des Gitterpunkts x →i ein jeweiliger Zonenbereich definiert wird, kann imax aber auch wesentlich geringere Werte annehmen. Im einfachsten Fall wird das Verfahren auf nur eine einzige Zone angewandt, also imax = 1.Possible values for the parameter i max for the spatial simulation of the entire combustion chamber are between 50,000 and 500,000. By means of an i max- fold implementation of the method according to the invention, it is thus possible to calculate various local probabilities P ' knock . In the event that by means of the grid point x → i a respective zone area is defined, but i max can also assume much lower values. In the simplest case, the method is applied to only a single zone, i max = 1.

Aus dem Ablaufdiagramm der 1 kann man entnehmen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung P'Klopf zur Reduzierung der erzeugten Datenmenge einen optionalen Verfahrensschritt S6 aufweisen kann, welcher in der 1 gestrichelt dargestellt ist. In diesem Verfahrensschritt S6 wird aus allen berechneten Werten P'Klopf (für 1 = 1 ... imax) der Maximalwert Pmax Klopf ermittelt, also Pmax Klopf = max (P'Klopf; 1 = 1 ... imax). Ein solcher optionaler Verfahrensschritt S6 bietet sich zum Zwecke der Reduzierung der erzeugten Datenmenge insbesondere dann an, wenn die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung in der Art eines ”Lookup-Tables” in einer Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine verwendet werden soll. In diesem Fall wird für einen bestimmten Wert jeweiliger Eingangsparameter T, p, λ nur der zugehörige Maximalwert Pmax Klopf gespeichert.From the flowchart of 1 It can be seen that the method according to the invention for calculating the spatial probability distribution P ' knock for reducing the amount of data generated can have an optional method step S6, which is described in US Pat 1 is shown in dashed lines. '(1 = 1 ... i max knock in this process step S6 P P) knock the maximum value P max knock (i max for 1 = 1 ...) is determined, so P max = max knock' is from all calculated values , Such an optional method step S6 is suitable for the purpose of reducing the amount of data generated, in particular when the spatial probability distribution determined by the method according to the invention is to be used in the manner of a "lookup table" in a control device of the internal combustion engine. In this case, only the associated maximum value P max knock is stored for a specific value of respective input parameters T, p, λ.

In der Darstellung der 6 ist nun exemplarisch eine Brennkammer 20 einer Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht (6a) bzw. einer Draufsicht (6b) gezeigt. Mittels einer schleifenartigen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Raumbereiche der Brennkammer 20 lassen sich Bereiche ermitteln, in welchen die Wahrscheinlichkeit PKlopf für das Auftreten von Super-Klopfen besonders hoch ist. Diese Bereiche sind in der Figur markiert und mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet.In the presentation of the 6 is now an example of a combustion chamber 20 an internal combustion engine in a side view ( 6a ) or a top view ( 6b ). By means of a loop-like application of the method according to the invention for different spatial regions of the combustion chamber 20 can be determined areas in which the probability P knock for the occurrence of super-tapping is particularly high. These areas are marked in the figure and with the reference numeral 21 designated.

Da sich in Druck p und Temperatur T des Kraftstoff-Luftgemisches in Abhängigkeit von einer Stellung der Kurbelwelle im Zylinder der Brennkraftmaschine ändern, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren zudem auch eine Wahrscheinlichkeitsaussage für das Auftreten von Super-Klopfen in Abhängigkeit von der Stellung des Kolben (bzw. der Kurbelwelle) im Zylinder. Dies ist exemplarisch in der Darstellung der 7 gezeigt.Since in pressure p and temperature T of the fuel-air mixture change in dependence on a position of the crankshaft in the cylinder of the internal combustion engine, the inventive method also also allows a probability statement for the occurrence of super-tapping depending on the position of the piston (or. the crankshaft) in the cylinder. This is exemplary in the representation of 7 shown.

In dem Diagramm der 7 zeigt der mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete Graph die mittlere Temperatur T des Kraftstoff-Luftgemisches im Zylinder einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel (”CA”) des Kolbens. Gleichzeitig zeigt der mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnete Graph die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnete Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Klopfvorgangs in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel.In the diagram of 7 shows the reference numeral 30 2, the graph indicates the average temperature T of the fuel-air mixture in the cylinder of an internal combustion engine as a function of the crank angle ("CA") of the piston. At the same time, the reference number indicates 31 Graph referred to the calculated by the method according to the invention probability of the occurrence of a knocking operation as a function of the crank angle.

In der 8 ist grobschematisch eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 100 für eine eine Brennkammer 101 aufweisende Brennkraftmaschine 102 gezeigt. Die Brennkraftmaschine 102 kann ein Ottomotor sein. In der Brennkammer 101 ist ein linear beweglicher Zylinderkolben 103 angeordnet und mit einer Kurbelwelle 104 verbunden. In der Brennkammer 101 ist ein Kraftstoff-Luftgemisch 105 angeordnet. Der genaue technische Aufbau der Brennkammer bzw. der Brennkraftmaschine ist dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet wird.In the 8th is roughly schematic a control device according to the invention 100 for a a combustion chamber 101 having internal combustion engine 102 shown. The internal combustion engine 102 can be a gasoline engine. In the combustion chamber 101 is a linearly movable cylinder piston 103 arranged and with a crankshaft 104 connected. In the combustion chamber 101 is a fuel-air mixture 105 arranged. The exact technical structure of the combustion chamber or the internal combustion engine is known in the art, so that a detailed explanation is omitted.

Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 100 kann in der Art eines herkömmlichen Mikrokontrollers ausgebildet sein und Teil eines Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs sein, mittels welchem die Brennkraftmaschine 102 angesteuert wird. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 100 als separates Bauelement ausgebildet sein. Die Steuerungseinrichtung 100 kann eine Steuerungseinheit 106 (ECU) und eine Speichereinheit 107 aufweisen. Die Steuerungseinrichtung 100 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei in einer ersten Variante in Echtzeit in der Steuerungseinrichtung 100 durchgeführt werden, so dass das in der Brennkammer 101 enthaltene Kraftstoff-Luftgemisch 105 hinsichtlich des Auftretens von Super-Klopfen ebenfalls in Echtzeit analysiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also zur Überprüfung verwendet werden, ob die in der Brennkraftmaschine 102 eingestellten momentanen Werte von bestimmten Steuerungsparametern wie z. B. der Motordrehzahl n oder der Temperatur T des Kraftstoff-Luftgemisches das Auftreten von Super-Klopfen begünstigen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann hierfür beispielsweise eine Super-Klopf-Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit eines momentanen Kurbelwinkels des Zylinderkolbens 103 der Brennkraftmaschine 102, von welchem wiederum Temperatur T und Druck p des Kraftstoff-Luftgemischs 105 im Brennraum abhängen, berechnet werden.The control device according to the invention 100 may be formed in the manner of a conventional microcontroller and be part of a control device of a motor vehicle, by means of which the internal combustion engine 102 is controlled. Alternatively, the control device 100 be designed as a separate component. The control device 100 can be a control unit 106 (ECU) and a memory unit 107 exhibit. The control device 100 is set up / programmed to carry out the method according to the invention. The inventive method can in a first variant in real time in the control device 100 be performed so that in the combustion chamber 101 contained fuel-air mixture 105 in terms of the occurrence of super-tapping can also be analyzed in real time. The method according to the invention can thus be used for checking whether those in the internal combustion engine 102 set current values of certain control parameters such. B. the engine speed n or the temperature T of the fuel-air mixture favor the occurrence of super-tapping. By means of the method according to the invention, for example, a super-knock probability as a function of a current crank angle of the cylinder piston 103 the internal combustion engine 102 , of which in turn temperature T and pressure p of the fuel-air mixture 105 in the combustion chamber, be calculated.

Für den Fall, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt wurde, dass die ermittelte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen einen vorbestimmten maximalen oberen Grenzwert überschreitet, kann die Steuerungseinrichtung 100 bzw. das Steuergerät der Brennkraftmaschine durch Anwendung eines geeigneten Steuerungsalgorithmus einen oder mehrere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abändern, um das Auftreten von Super-Klopfen, welches zu einer Zerstörung der Brennkammer 101 oder/und des Zylinderkolbens 103 führen kann, zu vermeiden. In diesem Zusammenhang sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorstellbar. Beispielsweise kann daran gedacht sein, dass in der Steuerungseinrichtung 100 bzw. dem Steuergerät der Brennkraftmaschine 102 eine geeignete Steuerungs- bzw. Regelungsstrategie implementiert ist, um gegebenenfalls bestimmte Betriebsparameter wie z. B. die Drehzahl n des Kolbens der Brennkraftmaschine 102, den Druck p oder die Temperatur T des Kraftstoff-Luftgemischs 105 o. ä. zur Vermeidung von Super-Klopfen zu ändern. Dies kann beispielsweise durch eine Änderung der Kraftstoffzufuhr und des Einspritzzeitpunkts sowie durch Mehrfach-Einspritzungen von Kraftstoff in die Brennkammer geschehen. Eine weitere Möglichkeit, die genannten Betriebsparameter zu beeinflussen, kann darin bestehen, eine Temperatur von in die Brennkammer rückgeführtem, gekühltem Abgas zu ändern.In the event that it has been determined by means of the method according to the invention that the ascertained probability for the occurrence of super-knocking exceeds a predetermined maximum upper limit value, the control device can 100 or the control unit of the internal combustion engine by application of a suitable control algorithm to modify one or more operating parameters of the internal combustion engine to the occurrence of super-knock, resulting in destruction of the combustion chamber 101 and / or the cylinder piston 103 can lead to avoid. In this context, numerous applications of the method according to the invention are conceivable. For example, it may be thought that in the control device 100 or the control unit of the internal combustion engine 102 an appropriate control strategy is implemented to optionally set certain operating parameters, such as B. the speed n of the piston of the internal combustion engine 102 , the pressure p or the temperature T of the fuel-air mixture 105 o. Ä. To avoid super-knocking to change. This can be done for example by changing the fuel supply and the injection timing and by multiple injections of fuel into the combustion chamber. Another way to influence the mentioned operating parameters may be to change a temperature of cooled exhaust gas recirculated into the combustion chamber.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Art eines Überprüfungsverfahrens angewandt werden, um sicherzustellen, ob eine bestimmte Wahl der Werte der verschiedenen Betriebsparameter mit einer hinreichend kleinen Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfen verbunden ist. Hierzu kann in der Steuerungseinrichtung eine vorbestimmte, maximal zulässige Obergrenze für diese Wahrscheinlichkeit abgelegt sein.The method according to the invention may be applied in the manner of a verification method to ascertain whether a particular choice of the values of the various operating parameters is associated with a sufficiently small probability of the occurrence of super-tapping. For this purpose, a predetermined maximum permissible upper limit for this probability can be stored in the control device.

Alternativ zu einer Ausführung des Verfahrens in Echtzeit gemäß der ersten Variante kann das Verfahren in einer zweiten Variante auch ”offline” durchgeführt werden und die auf diese Weise erzeugte räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung P'Klopf in der Speichereinheit 107 der Steuerungseinrichtung 100 bzw. des Steuergeräts des Kraftfahrzeugs in der Art eines ”Lookup-Tables” abgelegt werden.Alternatively to an embodiment of the method in real time according to the first variant, the method can also be carried out "offline" in a second variant and the spatial probability distribution P 'generated in this way is knocked in the memory unit 107 the control device 100 or of the control device of the motor vehicle in the manner of a "lookup table" are stored.

Zur Reduzierung der erzeugten Datenmenge bietet es sich an, dass vorab auch aus der für verschiedene Werte der Steuerungsparameter (z. B. Motor-Drehzahl n, Druck p, Temperatur T, etc.) erzeugten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung P'Klopf jeweils nur der in Schritt S6 ermittelte Maximalwert PmaxKlopf der räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung P'Klopf für das Auftreten von Super-Klopfen in das ”Lookup-Table” übernommen wird. Somit steht in dem Lookup-Table für jeweilige Werte der Steuerungsparameter n, p, T eine Wahrscheinlichkeit Pmax Klopf = P(n, p, T) für das Auftreten von Super-Klopfen zur Verfügung, was folglich bei der Ansteuerung der Brennkraftmaschine 102 berücksichtigt werden kann.To reduce the amount of data generated, it is advisable that in advance (engine speed n z. B., pressure p, temperature T, etc.) and from the various values of the control parameters generated spatial probability distribution P 'knock only in step S6 determined maximum value P max knock of the spatial probability distribution P ' knock for the occurrence of super-knocking in the "lookup table" is adopted. Thus, in the look-up table for respective values of the control parameters n, p, T, a probability P max knock = P (n, p, T) is available for the occurrence of super-knocking, which consequently results in the control of the internal combustion engine 102 can be taken into account.

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen einer lokalen Wahrscheinlichkeit (P'Klopf) für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines aufgeladenen Ottomotors, eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch, umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte (P) eines räumlichen Temperaturgradienten (∂T/∂x) eines betrachteten Kraftstoff-Luftgemisches sowie einer diesem räumlichen Temperaturgradienten (∂T/∂x) zugeordneten Länge (l), über welche hinweg der Temperaturgradient (∂T/∂x) jeweils im Wesentlichen konstant ist, wobei die Wahrscheinlichkeitsdichte (P) von wenigstens einem lokalen Turbulenzparameter (k, <∊>, <T'2>, <Z'2>) und wenigstens einem lokalen thermodynamischen Parameter (p, T, λ) abhängt, b) Bestimmen der lokalen Wahrscheinlichkeit (P'Klopf) durch Aufintegration der lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte (P) zu einer lokalen Klopf-Wahrscheinlichkeit.Method for determining a local probability (P ' knock ) for the occurrence of super-knocking processes in a fuel-air mixture introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a supercharged gasoline engine, comprising the following steps: a) Determining the local probability density (P) a spatial temperature gradient (∂T / ∂x) of a considered fuel-air mixture and of this spatial temperature gradient (∂T / ∂x) associated length (l) over which the temperature gradient (∂T / ∂x) is each substantially constant wherein the probability density (P) depends on at least one local turbulence parameter (k, <ε>, <T ' 2 >, <Z' 2 >) and at least one local thermodynamic parameter (p, T, λ), b) determining the local probability (P ' knock ) by integrating the local probability density (P) into a local knock probability. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt a) zusätzlich eine lokale Wahrscheinlichkeitsdichte eines räumlichen Mischungsbruchgradienten (∂Z/∂x) des Kraftstoff-Luftgemisches sowie einer diesem Mischungsbruchgradienten (∂Z/∂x) zugeordneten Länge (l), über welche hinweg der Mischungsbruchgradient (∂Z/∂x) jeweils im Wesentlichen konstant ist, bestimmt wird, wobei die lokale Wahrscheinlichkeitsdichte des Mischungsbruchgradienten von wenigstens einem lokalen Turbulenzparameter (k, <∊>, <Z'2>) und wenigstens einem lokalen thermodynamischen Parameter (p, T, λ) abhängt, – in einem zusätzlichen, dem Schritt a) nachfolgenden Schritt a1) die lokalen Wahrscheinlichkeitsdichten des Temperaturgradienten (P) und des Mischungsbruchs zu einer gemeinsamen kombinierten Wahrscheinlichkeitsdichte eines aus Temperaturgradienten (∂T/∂x) und Mischungsbruchgradienten (∂Z/∂x) kombinierten Gradienten einer für beide Gradienten gleichen Länge (l) kombiniert werden.A method according to claim 1, characterized in that - in step a) in addition a local probability density of a spatial mixture fractional gradient (∂Z / ∂x) of the fuel-air mixture and a mixing fraction gradient (∂Z / ∂x) associated length (l), about where the mixture fraction gradient (∂Z / ∂x) is each substantially constant, the local probability density of the mixture fraction gradient of at least one local turbulence parameter (k, <ε>, <Z ' 2 >) and at least one local thermodynamic parameter (p, T, λ), in an additional step a1) following step a), the local probability densities of the temperature gradient (P) and the mixture fraction to a combined combined probability density of a temperature gradient (∂T / ∂x) and mixture fraction gradient (∂Z / ∂x) combined gradient of equal length (l) for both gradients be iniert. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Wahrscheinlichkeitsdichte (P) des räumlichen Temperaturgradienten (∂T/∂x) oder/und Mischungsbruchgradienten (∂Z/∂x) in Schritt a) unter Berücksichtigung lokaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemisches ermittelt werden. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the local probability density (P) of the spatial temperature gradient (∂T / ∂x) or / and mixing fraction gradient (∂Z / ∂x) in step a) taking into account local turbulence effects of the fuel-air mixture be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufintegration nach Schritt b) durch Aufintegration innerhalb vorbestimmter Integralgrenzen (gu, gl) erfolgt, wobei die Bestimmung der Integralgrenzen (gu, gl) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen lokalen thermodynamischen Parameter und wenigstens einen lokalen reaktionskinetischen Parameter erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the integration after step b) by integration within predetermined integral limits (g u , g l ), wherein the determination of the integral limits (g u , g l ) depending on the at least a local thermodynamic parameter and at least one local reaction kinetic parameter takes place. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der wenigstens ein lokale reaktionskinetische Parameter eine Zündverzugszeit (τ) eines Zündungsvorgangs des Kraftstoff-Luftgemisches oder/und die Ableitung dieser Zündverzugszeit nach der Temperatur (∂τ/∂T) oder/und nach dem Mischungsbruch (∂τ/∂Z) und/oder eine Schallanregungszeit dieses Zündungsvorgangs (τe) ist, – der wenigstens eine lokale thermodynamische Parameter einer der folgenden lokalen Parameter ist: – lokale Temperatur (T), – lokaler Mischungsbruch (Z), – lokale kinematische Viskosität (v), – lokale Druck (p), – lokale Schallgeschwindigkeit (a), – lokale Luftzahl (λ), – der wenigstens eine lokale Turbulenzparameter einer der folgenden lokalen Parameter ist: – kinetische Energie der Turbulenz (k); – Dissipation der kinetischen Energie der Turbulenz (<∊>); – Varianz der lokalen Temperaturfluktuationen <T'2>; – Varianz des lokalen Mischungsbruchs <Z'2>;A method according to claim 4, characterized in that - the at least one local reaction kinetics parameter ignition delay time (τ) of an ignition process of the fuel-air mixture and / or the derivative of this Zündverzugszeit after the temperature (∂τ / ∂T) and / or after the mixture break (∂τ / ∂Z) and / or a sound excitation time of this ignition process (τ e ), - the at least one local thermodynamic parameter is one of the following local parameters: - local temperature (T), - local mixture fraction (Z), - local kinematic viscosity (v), - local pressure (p), - local sound velocity (a), - local air ratio (λ), - the at least one local turbulence parameter is one of the following local parameters: - kinetic energy of the turbulence (k); - dissipation of the kinetic energy of turbulence (<ε>); Variance of the local temperature fluctuations <T ' 2 >; Variance of the local mixing fraction <Z ' 2 >; Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Länge (l), über welche der Temperatur- bzw. Mischungsbruchgradient hinweg konstant ist, als linearer Abstand zwischen einem ersten Raumpunkt des Kraftstoff-Luftgemisches mit maximaler Temperatur (Tmax) und einem zweiten Raumpunkt mit minimaler Temperatur (Tmin) bzw. zwischen einem ersten Raumpunkt mit maximalem Mischungsbruch (Zmax) und einem zweiten Raumpunkt mit minimalem Mischungsbruch (Zmin) approximiert sind, – der Temperaturgradient (∂T/∂x) und der Mischungsbruchgradient (∂Z/∂x) wie folgt approximiert sind: ∂T/∂x ∝ ΔT/l = (Tmax – Tmin)/l bzw. ∂Z/∂x ∝ ΔZ/l = (Zmax – Zmin)/l. Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the length (l), over which the temperature or Mischungsbruchgradient is constant, as a linear distance between a first space point of the fuel-air mixture with maximum temperature (T max ) and a second spatial point with minimum temperature (T min ) or between a first spatial point with maximum mixing fraction (Z max ) and a second spatial point with minimal mixing fraction (Z min ) are approximated, - the temperature gradient (∂T / ∂x) and the mixture fraction gradient ( ∂Z / ∂x) are approximated as follows: ∂T / ∂x α ΔT / l = (T max - T min ) / l or ∂Z / ∂x α ΔZ / l = (Z max - Z min ) / l. Verfahren zum Bestimmen einer räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines aufgeladenen Ottomotors, umfassend die folgenden Schritte: A) Definieren einer Mehrzahl von Zonen oder eines Gitternetzes mit einer Mehrzahl von Gitterpunkten in der Brennkammer, B) Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für jede Zonen bzw. jedem Gitterpunkt in der Brennkammer, so dass jeder Zone bzw. jedem Gitterpunkt eine lokale Wahrscheinlichkeit zugeordnet ist.Method for determining a spatial probability distribution for the occurrence of super-knocking processes in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a supercharged gasoline engine, comprising the following steps: A) defining a plurality of zones or a grid having a plurality of grid points in the combustion chamber, B) performing the method according to any one of the preceding claims for each zone or each grid point in the combustion chamber, so that each zone or each grid point is assigned a local probability. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den zusätzlichen Schritt C) aufweist: C) Ermitteln des Maximalwerts Pmax Klopf aus den in Schritt B) für jede Zone bzw. jeden Gitterpunkt berechneten lokalen Wahrscheinlichkeiten.A method according to claim 7, characterized in that the method comprises the additional step C): C) determining the maximum value P max knock from the local probabilities calculated in step B) for each zone or grid point. Steuerungseinrichtung (100) für eine eine Brennkammer (101) aufweisende Brennkraftmaschine (102), insbesondere einen Ottomotor, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerungseinrichtung (100) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8 eingerichtet/programmiert ist, wobei die Steuerungseinheit (100) insbesondere eine Berechnungseinheit (106) aufweist, mittels welcher eine maximale Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Super-Klopfvorgängen in einem in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisch bestimmt wird, wobei diese Bestimmung unter Berücksichtigung globaler Turbulenzeffekte des Kraftstoff-Luftgemischs in der Brennkammer erfolgt, oder/und dass – die Steuerungseinrichtung (100) eine Speichereinheit (107) umfasst, in welcher die mittels des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8 ermittelte räumliche Wahrscheinlichkeitsverteilung speicherbar ist.Control device ( 100 ) for a combustion chamber ( 101 ) having internal combustion engine ( 102 ), in particular a gasoline engine, characterized in that - the control device ( 100 ) is set up / programmed to carry out the method according to claim 7 or 8, wherein the control unit ( 100 ), in particular a calculation unit ( 106 ), by means of which a maximum probability of the occurrence of super-knocking processes in an introduced into the combustion chamber air-fuel mixture is determined, this determination taking into account global turbulence effects of the air-fuel mixture in the combustion chamber, or / and that - the control device ( 100 ) a storage unit ( 107 ) in which the spatial probability distribution determined by the method according to claim 7 or 8 can be stored. Kraftfahrzeug, – mit einer eine Brennkammer (101) aufweisenden Brennkraftmaschine (102), – mit einer Steuerungseinrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung (100) die Brennkraftmaschine (102) in Abhängigkeit von der mittels der Berechnungseinheit (106) bestimmten oder in der Speichereinheit (107) gespeicherten räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung ansteuert.Motor vehicle, - with a combustion chamber ( 101 ) having internal combustion engine ( 102 ), - with a control device ( 100 ) according to claim 9, wherein the control device ( 100 ) the internal combustion engine ( 102 ) as a function of the calculation unit ( 106 ) or in the storage unit ( 107 ) stores the spatial probability distribution stored.
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