DE102013108878A1

DE102013108878A1 - Drehmomentbestimmung an einem Verbrennungsmotor mit Mehrfachinjektion

Info

Publication number: DE102013108878A1
Application number: DE102013108878.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Visser; Dirk Adolph
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-17
Also published as: DE102013108878B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Technologie zur Drehmomentbestimmung an einem Verbrennungsmotor (100) mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer (106), wobei während eines Arbeitsspiels bevorzugt mehrere Einzel-Injektionen (In_i) ausgeführt werden. Ein Drehmomentbeitrag (InTq_i) einer Einzelinjektion (In_i) wird separat berechnet. Die Drehmomentbestimmung erfolgt bevorzugt durch eine Vergleichsrechnung für den Verbrennungsvorgang und bezogen auf ein Wirkzentrum (EC_i) der jeweils zur Einzelinjektion gehörenden Verbrennung (Comb_i). Die erfindungsgemäße Technologie umfasst ein Verfahren zu Drehmomentbestimmung, ein Verfahren zur Motorregelung, insbesondere über eine Drehmomentregelung sowie ein Kraftstoffinjektionssteuergerät.

Description

Die Erfindung betrifft eine Technologie zur Bestimmung und zur Steuerung oder Regelung des Drehmoments an einem Verbrennungsmotor
Aus der WO2012/104122 ist ein Verfahren zur Modulierung eines Momentenwirkungsgrades eines Verbrennungsmotors mit Mehrfachinjektionen bekannt. Dort wird ein Gesamtdrehmoment während eines Arbeitsspiels in einer Globalrechnung bestimmt. Für jede Einzeleinspritzung wird ein sog. Momentenwirkungsgrad als gewichteter Mittelwert berechnet. Die Mittelwerte werden dann zu einem gewichteten Gesamtmittelwert addiert und aus diesem Gesamtmittelwert wird das Gesamtdrehmoment berechnet, das durch die mehreren Injektionen erzeugt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technologie zur Bestimmung des Drehmoments an einem Verbrennungsmotor mit Mehrfachinjektion aufzuzeigen. Die Technologie umfasst zumindest ein Drehmomentbestimmungsverfahren, ein Drehmomentsteuerungsverfahren und ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, das innere Drehmoment eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Zylinders zu bestimmen. Die Bestimmung erfolgt bei einem Injektionszyklus mit zwei oder mehr Injektionen separat für jede Einzelinjektion. Sie kann prädiktiv als Drehmomentvorhersage oder retrospektiv als Drehmomentschätzung erfolgen. Der Verbrennungsmotor ist bevorzugt an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen angeordnet. Alternativ kann der Verbrennungsmotor ein stationärer Motor sein. Das Verfahren kann für beliebige Kraftstoffarten verwendet werden, insbesondere für Verbrennungsmotoren, die reine oder angereicherte Diesel- oder Benzin-Kraftstoffe nutzen.
Während eines Arbeitsspiels des Zylinders, insbesondere während eines Verbrennungstaktes, wird ein Injektions-Zyklus mit mehreren Einzelinjektionen ausgeführt. Der Begriff Verbrennungstakt meint einen Zeitraum, der im Wesentlichen durch das Hebe- und Senkverhalten eines Kolbens in einem Zylinder und eine vorgesehene Kraftstoffverbrennung zur Erzeugung eines Vortriebs festgelegt ist. Der Verbrennungstakt überdeckt im Wesentlichen eine Senkbewegung des Kolbens von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt (Expansionstakt), während der eine Verbrennung in dem Zylinder ausgeführt wird. Allerdings kann der Verbrennungstakt bereits vor Erreichen des oberen Totpunkts beginnen oder nach Erreichen des unteren Totpunkts enden. Der Verbrennungstakt kann somit ein größeres Kurbelwinkelintervall abdecken als der Expansionstakt. Ein Injektionszyklus findet innerhalb eines Verbrennungstaktes statt, wobei eine oder mehrere sehr frühe Einzelinjektionen noch vor Erreichen des oberen Totpunktes erfolgen können.
Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird der (absolute) Drehmomentbeitrag aus einer Einzelinjektion separat berechnet, das heißt in einer Teilberechnung oder bereichsweisen Berechnung innerhalb der Dauer des Verbrennungstaktes. Mit anderen Worten wird der absolute Wert eines Drehmomentbeitrags aus einer Einzelinjektion zu einer bestimmten Kurbelwinkellage oder einem bestimmten Zeitpunkt oder einem bestimmten Kurbelwinkelintervall innerhalb des Verbrennungstakts separat berechnet. Hierdurch wird eine genauere steuerungstechnische Darstellung und Berücksichtigung der Drehmomententstehung innerhalb eines Arbeitsspiels, insbesondere innerhalb eines Verbrennungstaktes, möglich. Dies erlaubt eine bessere Leistungssteuerung des Motors. Das Drehmoment kann durch die detaillierte Zuordnung seiner Entstehung zu den einzelnen Injektionen sehr genau auf ein Soll-Drehmoment gemäß dem Fahrerwunsch eingestellt werden, wobei gleichzeitig niedrige Emissionswerte erreichbar sind. Ferner kann die Laufruhe des Motors durch eine genauere Einstellbarkeit der Drehmomententstehung über der Dauer des Verbrennungstaktes verbessert werden.
Das gesamte innere Drehmoment des Arbeitsspiels kann aus den separat berechneten Drehmomentbeiträgen aller Einzelinjektionen berechnet werden. Das Gesamtdrehmoment des Verbrennungsmotors ergibt sich je nach dem zu betrachtenden Zeitintervall aus der Addition der Einzel-Drehmomentbeiträge an einem oder an den mehreren vorhandenen Zylindern.
Durch die sehr detaillierte Betrachtung des Verlaufs der Drehmomententstehung mit einer klaren Zuordnung von Einzel-Drehmomentbeiträgen zu entsprechenden Kurbelwinkellagen oder Kurbelwinkelintervallen kann die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors noch genauer und reaktionsschneller gesteuert werden. Ferner kann ein Lastausgleich zwischen mehreren Zylindern verbessert werden.
Ein Drehmomentbeitrag einer Einzelinjektion wird bevorzugt basierend auf einer korrespondierenden Einzel-Einspritzmenge an Kraftstoff und einem momentanen thermischen Wirkungsgrad für die jeweilige Einzelinjektion berechnet. Der thermische Wirkungsgrad wird aus einer thermodynamischen Berechnung für den aus einer Einzelinjektion resultierenden Verbrennungsprozess, d.h. für eine Einzel-Verbrennung, berechnet. Hierfür stehen unterschiedliche Berechnungsverfahren zur Verfügung.
Bevorzugt wird der thermische Wirkungsgrad gemäß einem standardisierten Vergleichsprozess berechnet, und zwar insbesondere nach dem Gleichraumprozess. Der Vorteil dieser Berechnungsmethode ist, dass der thermische Wirkungsgrad unabhängig von der momentanen Last berechnet werden kann, was die rechnerische bzw. steuerungstechnische Verarbeitung vereinfacht. Da der momentane Wert der Last üblicherweise in einer Motorsteuerung bekannt oder aus bekannten Betriebsdaten des anzutreibenden Objektes ermittelbar ist, kann statt dem Gleichraumprozess auch ein beliebiger anderer Vergleichsprozess, wie beispielsweise der Gleichdruckprozess, zur Berechnung herangezogen werden. Die nachfolgenden Erläuterungen, die auf den Gleichraumprozess abstellen, sind durch den Fachmann auf einen entsprechenden anderen Vergleichsprozess übertragbar.
Eine Vereinfachung der Drehmomentbestimmung kann erreicht werden, indem ein Drehmomentbeitrag einer Injektion, insbesondere einer Einzelinjektion, bei einem Wirkzentrum der zur Injektion gehörigen Verbrennung berechnet wird. Eine Einzel-Verbrennung läuft in der Realität nicht in unendlich kurzer Zeit ab. Sie dauert vielmehr über ein gewisses Kurbelwinkelintervall bzw. ein Zeitintervall an. Das Wirkzentrum repräsentiert einen Zeitpunkt oder eine Kurbelwinkellage innerhalb dieser Dauer eines Verbrennungsvorgangs. Mit anderen Worten wird eine sich über eine gewisse Zeitdauer hinweg erstreckende Einzel-Verbrennung rechnerisch auf einen einzelnen Zeitpunkt bzw. eine einzelne Kurbelwinkellage innerhalb der Verbrennungsdauer dieser Einzel-Verbrennung reduziert. Es handelt sich also um eine Ersatzrechnung (ähnlich der Schwerpunktbestimmung bei Gewichtskräften), bei der eine allmähliche Verbrennung durch eine angenommene Sofort-Verbrennung im Wirkzentrum ersetzt wird. Die Verwendung eines Wirkzentrums einer Verbrennung zur Berechnung des inneren Drehmoments ist für Mehrfahrinjektionen besonders vorteilhaft. Sie bringt aber auch Genauigkeitsvorteile bei der Drehmomentberechnung, wenn während eines Arbeitsspiels nur ein einziger Injektionsvorgang vorgesehen ist. Dies ist insbesondere bei einer drehmomentabhängigen Motorsteuerung der Fall, auf die weiter unten eingegangen wird.
Das Wirkzentrum wird bevorzugt so festgelegt, dass die Auswirkung (Drehmomentabgabe) der angenommenen Sofort-Verbrennung mit der tatsächlichen Auswirkung übereinstimmt. Bei korrekter Festlegung des Wirkzentrums ist also die Auswirkung der angenommenen Sofort-Verbrennung identisch zu der tatsächlichen Leistungsabgabe der allmählichen Verbrennung. Das Wirkzentrum kann somit auch als Verbrennungszentrum bezeichnet werden.
Mit anderen Worten ist das Wirkzentrum das mit der Leistungsentfaltung gewichtete Mittel der Kurbelwinkelanteile oder Zeitanteile einer Einzel-Verbrennung. Für die steuerungstechnische oder rechnerische Bestimmung eines Wirkzentrums stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung.
Ein Wirkzentrum kann aufgrund einer Messung von einem oder mehreren Parametern des Verbrennungsvorgangs innerhalb des Zylinders / innerhalb einer Brennkammer erfolgen. Beispielsweise können ein oder mehrere Drucksensoren in einem Zylinder angeordnet sein, die eine Veränderung des Zylinderdrucks erfassen. Aus dem Verlauf des Zylinderdrucks können charakteristische Zeitpunkte eines (Einzel-)Verbrennungsvorgangs abgeleitet werden, wie beispielsweise ein Verbrennungsbeginn und ein Verbrennungsende. Insbesondere kann aus dem Druckverlauf ein akkumulierter Druckanstieg berechnet werden. Der Effektivwert einer Einzelverbrennung kann bevorzugt als der Mittelwert des akkumulierten Druckanstiegs infolge einer Einzelverbrennung festgelegt sein. Weiter unten wird auf andere Varianten zur Festlegung eines Wirkzentrums eingegangen, insbesondere auf vereinfachte rechnerische Formen der Festlegung.
Die Bestimmung (Schätzung/Prädiktion/Berechnung) eines Drehmomentbeitrags aus einer (Einzel-)Injektion verwendet verschiedene Rechenparameter. Zu diesen zählt insbesondere eine (bei einer Einzelinjektion) eingespritzte Kraftstoffmenge oder Kraftstoffmasse. Diese Kraftstoffmenge kann auf beliebige Weise ermittelt sein. Bevorzugt werde Kraftstoffinjektoren verwendet, die ein robustes und vorhersagbares Ansprechverhalten aufweisen. In einem solchen Fall können ein Soll-Timing und eine Soll-Einspritzmenge für die Bestimmung des Drehmomentbeitrags verwendet werden. Eine besonders hohe Genauigkeit ist erreichbar, wenn ein Injektionssystem mit Erfassung der tatsächlichen Einspritzmenge verwendet wird. Ein solches System ist beispielsweise als „iArt“-Einspritzsystem (Markenbezeichnung) bekannt. Ferner kann eine Erfassung des tatsächlichen hydraulischen Injektionsbeginns und/oder des tatsächlichen hydraulischen Injektionsendes erfolgen, bspw. basierend auf einem Druckverlauf im Injektor.
Die erfindungsgemäße Technologie umfasst auch ein Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer. Das Verfahren kann in einem offenen oder einem geschlossenen Regelkreis ausgeführt werden. An dem Verbrennungsmotor wird während eines Arbeitsspiels eines Zylinders bevorzugt ein Injektions-Zyklus mit mehreren Einzelinjektionen ausgeführt. Die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors wird über Soll-Werte für bestimmte Aktoren des Motors gesteuert, insbesondere über die Vorgabe von Soll-Injektionsmengen und ein Soll-Injektionstiming für die Injektionen. Diese Soll-Werte werden auf Basis einer Drehmomentbestimmung, insbesondere einer prädiktiven Drehmomentschätzung oder einer retrospektiven Drehmomentberechnung festgelegt. Die Drehmomentbestimmung erfolgt vorteilhafterweise nach dem vorgenannten Verfahren. Eine retrospektive Drehmomentberechnung kann besonders bevorzugt in einem geschlossenen Regelkreis verwendet werden, um eine besonders hohe Regelgenauigkeit für das erzeugte Drehmoment zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Technologie umfasst weiterhin ein Kraftstoffinjektionssteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer eines Zylinders, das dazu ausgebildet ist, eines der vorgenannten Verfahren zur Drehmomentbestimmung und/oder zur Drehmomentsteuerung auszuführen.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
1: eine Querschnittsansicht eines Zylinders eines Verbrennungsmotors;
2: ein Leistungsflussdiagramm für einen Verbrennungsmotor;
3: mehrere Diagramme zur Darstellung eines Arbeitsspiels mit mehreren Einzel-Injektionen und der daraus resultierenden Leistungsentfaltung;
4: ein Druck-Volumen-Diagramm zur Darstellung eines Verbrennungsprozesses mit mehreren Einzelinjektionen und eine Arbeitsberechnung gemäß dem Gleichraumprozess;
5: Darstellungen A bis D über die Beeinflussbarkeit eines Kompressionsverhältnisses durch Veränderung des Kurbeltriebs eines Kolbens;
6: Diagramme zur Verdeutlichung eines Zusammenhangs zwischen einem Kompressionsverhältnis, einem thermischen Wirkungsgrad und einem inneren Wirkungsgrad bezogen auf einen Kurbelwinkel;
7: Ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines bevorzugten Ablaufs eines Verfahrens zur Drehmomentbestimmung.
Wie oben ausgeführt wurde, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Drehmomentbestimmung, bei dem ein (absoluter) Drehmomentbeitrag aus einer Einzelinjektion innerhalb eines Injektionsmusters separat berechnet wird.
In 1 ist ein Zylinder (102) eines Verbrennungsmotors (100) schematisch dargestellt. Der Verbrennungsmotor (100) ist bevorzugt an einem Fahrzeug angeordnet. Alternativ kann es sich um einen stationären Motor handeln.
In dem Zylinder (102) ist ein Kolben (104) verschieblich gelagert. Zwischen dem Kolben (104) und den Innenwänden des Zylinders (102) wird eine Kammer (106) mit einem veränderlichen wirksamen Volumen gebildet. Diese Kammer wird im Folgenden als Brennkammer (Englisch: combustion chamber) bezeichnet. Zwischen der Deckwand des Zylinders (102) und dem Kolben (106) in der oberen Totpunkt-Lage (TDC-Position) wird ein Totvolumen eingeschlossen, das auch als Brennzone bezeichnet wird (Englisch: Combustion area / Dead volume). Der Kolben (104) ist mit einem Kurbelgestänge gekoppelt und zwischen dem oberen Totpunkt (TDC) und einem unteren Totpunkt (BDC) verlagerbar. Bei der Verlagerung des Kolbens ändert sich das Hubvolumen entsprechend.
Während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens (104) wird in der Kompressionsphase ein in der Brennkammer (106) eingeschlossenes Gas komprimiert. Durch eine Einspritzung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffinjektor (112) in die Brennkammer (106) und die nachfolgende Verbrennung dieses Kraftstoffes findet eine Energieumwandlung statt, die zu einem Anstieg der Temperatur und insbesondere des Drucks in der Brennkammer (106) führt. Hierbei wird Energie freigesetzt, welche über eine Abwärtsbewegung des Kolbens (104) und das Kurbelgestänge auf eine Kurbelwelle (114) übertragen wird.
Die Hin- und Herbewegung des Kolbens (104) entlang der Axialrichtung (S) des Kolbens ist über die geometrischen Bezüge des Kurbeltriebs, insbesondere über die jeweiligen Hebellängen der Pleuelstange und Kurbelstange (L, R), in eine feste geometrische Beziehung zu der Kurbelwinkellage (CA) gesetzt. Mit anderen Worten ist für jede Kurbelwinkellage (CA) eine Hubposition (S) des Kolbens (104) zwischen dem unteren Totpunkt (BDC) und dem oberen Totpunkt (TDC) festgelegt. Durch eine Verlagerung des oberen Ansatzpunktes des Kurbelgestänges (Kolbenbolzenversatz dPiston am Kurbelbolzen 116) und/oder einen seitlichen Versatz zwischen der Mittelachse des Kolbens (104) und der Kurbelwelle (114) (Kurbelansatzversatz dCrank) kann eine Beeinflussung des Kompressionsratenverlaufs erreicht werden, auf die weiter unten eingegangen wird.
Die hier offenbarten Verfahren können bei einem beliebigen Taktprinzip (2-Takt / 4-Takt) angewendet werden. Es wird im Folgenden davon ausgegangen, dass an dem Verbrennungsmotor (100) eine Verbrennung nach dem Viertaktprinzip ausgeführt wird, wobei über ein Einlassventil (108) ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch in die Brennkammer (106) eingeführt wird. Das Gasgemisch wird während eines Kompressionstaktes verdichtet. In das verdichtete Gas wird während eines Arbeitsspiels des Kolbens (insbesondere während eines Verbrennungstaktes) durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren (112) Kraftstoff eingespritzt, der in der Brennkammer (106) verbrannt wird. Das Abgas kann durch ein Auslass-Ventil (110) zu einem Abgasbereich (Abgaspassage, Partikelfilter, Katalysator, Schalldämpfer etc.) hin abgeführt werden. Die Bewegung des Kolbens und die verschiedenen Takte des Arbeitsspiels sind mit Bezug auf den Kurbelwinkel, genauer die Kurbelwinkellage (CA) und/oder das Hebe- und Senkverhalten des Kolbens (104) zwischen dem oberen Totpunkt (TDC) und dem unteren Totpunkt (BDC) festgelegt. Zwischen der Kurbelwinkellage und dem Hebe- und Senkverhalten besteht eine bekannte Beziehung, die sich aus den geometrischen Verhältnissen des Motors, insbesondere des Kurbeltriebs, ableiten lässt. Der Verbrennungstakt kann einige Winkelgrad (0–60°) vor dem oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (104) beginnen und sich bis zum unteren Totpunkt (BDC) oder darüber hinaus (0–60°) erstrecken. Die Dauer des Verbrennungstaktes kann beispielsweise 200 bis 240 Grad (Winkelgrad des Kurbelwinkels) betragen.
In dem Verbrennungsmotor (100) wird bevorzugt ein Verbrennungsverfahren mit Selbstzündung, insbesondere zur Verbrennung von Diesel-Kraftstoff ausgeführt. Alternativ kann ein Verbrennungsverfahren mit Fremdzündung, insbesondere zur Verbrennung von Benzin-Kraftstoff vorgesehen sein. Ferner kann ein Verbrennungsverfahren mit Selbs- und Fremdzündungsanteilen vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Technologie kann jedoch auch bei anderen Kraftstofftypen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Motoren zur Verbrennung von Biogasen oder Wasserstoff. Diese können über Fremd- und/oder Selbstzündung betrieben werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass eine Verbrennung von Diesel-Kraftstoff mit einem Selbstzündungsverfahren vorliegt.
2 zeigt ein Leistungsflussdiagramm, anhand dessen einige Begriffe definiert werden. Durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer wird Energie als innere Arbeit des Kolbens (104) freigesetzt, die gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens (104) und der Geometrie des Kurbelgestänges als inneres Drehmoment (auch indiziertes Drehmoment genannt) verfügbar wird. Von diesem inneren Drehmoment (InTq) gehen Reibungsverluste (FrLo) und Pumpverluste (PuLo) ab, so dass am Ausgang der Kurbelwelle (= Ausgang des Verbrennungsmotors) ein verfügbares Drehmoment (AvTq) übrig bleibt. Die Reibungsverluste (FrLo) und die Pumpverluste (PuLo) sind für einen Verbrennungsmotor (100) in der Regel bekannt bzw. bestimmbar und in Abhängigkeit von verschiedenen Leistungsparametern des Motors berechenbar. Zu diesen Leistungsparametern gehören Bauart des Motors, Hubweg des Kolbens, Schmierungsverhältnisse, Drehzahl und Betriebstemperatur. Somit lässt sich das verfügbare Drehmoment (AvTq) mit hoher Genauigkeit berechnen, wenn das innere Drehmoment (InTq) bekannt ist. Wenn ein Verbrennungsmotor (100) mehrere Zylinder aufweist, überlagern sich die Leistungsbeiträge aus den Verbrennungsvorgängen in den einzelnen Brennkammern der mehreren Zylinder additiv. Das Drehmoment kann global für ein gesamtes Arbeitsspiel (Kurbelwinkelbereich von 720° bei 4-Takt-Motor) betrachtet werden oder separiert für bestimmte Kurbelwinkelintervalle innerhalb des Arbeitsspiels, insbesondere innerhalb des Verbrennungstaktes.
Im Folgenden wird auf Vorgänge innerhalb eines Arbeitsspiels bei einem einzelnen Zylinder (102) eingegangen. Diese Vorgänge finden während eines bestimmten Anteils der Kurbelwellendrehung statt, d.h. innerhalb eines bestimmten Kurbelwinkel-Intervalls. Die nachfolgend beschriebenen Vorgänge lassen sich von dem einen Zylinder auf alle weiteren Zylindern an einem Verbrennungsmotor in entsprechender Weise übertragen. Die Vorgänge werden mit Bezugnahme auf eine Kurbelwinkellage (CA) beschrieben. Die Kurbelwinkellage (CA) steht über die Drehzahl des Motors in einem eindeutigen und berechenbaren Zusammenhang mit dem Zeitablauf. Somit kann immer zwischen einer Kurbelwinkellage (Kurbelwinkelposition) und einem Zeitpunkt innerhalb eines Arbeitsspiels umgerechnet werden. In der gleichen Weise kann zwischen einem Kurbelwinkelintervall und einer Zeitdauer umgerechnet werden. Daher werden diese Begriffe im Folgenden äquivalent verwendet.
In 3 sind unterschiedliche physikalische Größen gezeigt, die auf einen einheitlichen Vorgang eines Injektions-Zyklus mit sechs Einzel-Injektionen bezogen sind. Die Injektionen werden mit Indizes „A“–„F“ bzw. repräsentativ den Laufindex „i“ gekennzeichnet, die den einzelnen physikalischen Größen beigefügt sind.
In dem obersten Diagramm von 3 ist eine Injektor-Energiebeaufschlagung (Inj_En) dargestellt. Diese wird auch als Injektor-Bestromungsprofil (Englisch: Injector current profile) bezeichnet. Durch die Energiebeaufschlagung wird ein elektrischer Injektionsbeginn (InElSt_i) für jede Einzelinjektion (In_i) vorgegeben. Ferner können über die Injektor-Energiebeaufschlagung (Inj_En) eine Injektionsdauer und/oder eine Injektionsmenge vorgegeben werden. Der Zusammenhang zwischen der Injektor-Energiebeaufschlagung (Inj_En) und der Abgabe von Kraftstoff pro Zeiteinheit aus einem Injektor in die Brennkammer (Injektionsrate) ist in der Regel bekannt und beispielsweise in Kennfeldern abgelegt. Derartige Kennfelder sind in Speicherbausteinen eines Kraftstoffinjektionsgerätes abgelegt und können zur Steuerung des Verbrennungsmotors genutzt werden.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass über die Injektor-Energiebeaufschlagung (Inj_En) ein Öffnungszeitpunkt eines Injektionsventils (112) und eine Öffnungsdauer des Injektionsventils vorgegeben werden. Die Menge des pro Zeiteinheit bzw. pro Kurbelwellendrehung eingespritzten Kraftstoffs (Injektionsrate) hängt dann im Wesentlichen von hydraulischen Vorgängen und Größen und geometrischen Bedingungen der Kraftstoffpassage ab, insbesondere von einem Kraftstoff-Speisedruck (Common-Rail Druck), mit dem der Kraftstoff dem Injektionsventil zugeführt wird.
In dem zweiten Diagramm von 3 ist eine hydraulische Injektion (Hyd_Inj) mit Bezug auf den Kurbelwinkel (CA) dargestellt. Die hydraulische Injektion wird bevorzugt über die Injektionsrate charakterisiert. In 3 sind beispielhaft trapezförmige Injektionsratenverläufe für die Einzelinjektionen (InA bis InF) dargestellt. Je nach Typ des benutzten Einspritzventils und Art der Ansteuerung bzw. Art der Kraftstoffzuführung können auch beliebige andere Injektionsratenverläufe, wie beispielsweise Parabelverläufe, Rechteckverläufe, Stiefel-förmige Verläufe oder Stufenverläufe erzeugt werden. Die Injektionsratenverläufe können für die Einzelinjektionen (InA bis InF) gleich oder unterschiedlich sein. D.h. es können beispielsweise zunächst eine parabelförmige Pilot-Injektion und eine trapezförmige PRE-Injektion ausgeführt werden, an die sich dann eine stiefel-förmige Haupt-Injektion anschließt, usw.
In dem dritten Diagramm von 3 ist eine Wärmeabgaberate (Heat_R) für die zu den Einzelinjektionen (In_i) gehörigen (Einzel-)Verbrennungen (Comb_i) dargestellt. Die Wärmeabgaberate kann beispielsweise als Wärmeabgabe pro Zeiteinheit [W/CA] dargestellt sein.
In dem vierten Diagramm von 3 ist eine akkumulierte Wärmeabgabe (Heat_Acc) dargestellt. Die akkumulierte Wärmeabgabe entspricht dem Integral über die Wärmeabgaberate nach der Zeit bzw. nach dem Kurbelwinkel (CA). Die Wärmeabgabe aus der Verbrennungsreaktion bestimmt in Zusammenwirken mit dem thermischen Wirkungsgrad die Leistungsentfaltung und somit das innere Drehmoment (InTq) des Verbrennungsmotors.
In dem untersten Diagramm von 3 ist der Verlauf eines Sauerstoffgehalts in der Brennkammer dargestellt. Der Sauerstoffgehalt ist eine Repräsentativgröße. Sie hängt maßgeblich von der Sauerstoffkonzentration und der Masse des Gasgemischs in der Brennkammer ab. Durch die einzelnen, zu den jeweiligen Injektionen (In_i) gehörenden Verbrennungen (Comb_i) wird jeweils der Anteil des freien Sauerstoffs in der Brennkammer und damit der Sauerstoffgehalt verringert. Der Sauerstoffgehalt zu Beginn eines Arbeitsspiels entspricht dem Sauerstoffgehalt der Gasmischung, mit der die Brennkammer gefüllt wird. Die Sauerstoffkonzentration von Frischluft liegt bei ca. 21%. Durch die Beigabe von rückgeführtem Abgas kann der Sauerstoffgehalt verringert werden, bspw. um Stickoxide (NOx) und Partikelemissionen zu reduzieren.
An einem Verbrennungsmotor kann ggf. ein Sauerstoffsensor angeordnet sein, der die Sauerstoffkonzentration des Ansauggases am Motoreinlass und damit den Sauerstoffgehalt zu Beginn des Arbeitsspiels direkt erfassbar macht. Alternativ oder zusätzlich kann der Sauerstoffgehalt berechnet werden, insbesondere aus den Mengen von Frischluft und rückgeführtem Abgas, aus denen das Gasgemisch zusammengesetzt ist, sowie den bekannten oder gemessenen Sauerstoffkonzentrationen von Frischluft und den zugefügten Abgasanteilen.
Es ist bekannt, dass die Verbrennungsabläufe im Zylinder nicht nur von der Sauerstoffkonzentration und der absoluten Menge an Sauerstoff bzw. zugeführtem Gasgemisch abhängen, sondern daneben von Prozessparametern wie dem momentanen Druck und der momentanen Temperatur in der Brennkammer. Daneben können noch weitere Einflüsse bestehen, die den Verlauf einer Kraftstoffverbrennung beeinflussen.
Der in 3 dargestellte Sauerstoffgehalt (Oxygen) stellt eine Repräsentativgröße für die vorgenannten Einflüsse dar. Der Sauerstoffgehalt kann in der einfachsten Form direkt für die absolute Menge an verfügbarem Sauerstoff (O2-Masse) stehen. Der Sauerstoffgehalt kann alternativ die Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer oder ein stöchiometrisches Verhältnis von freiem Sauerstoff zu einzuspritzendem Kraftstoff repräsentieren.
Nachfolgend wird beispielhaft der in 3 dargestellte Injektionszyklus mit sechs Einzel-Injektionen (InA–InF) beschrieben. In dem Injektionszyklus gibt es eine Hauptinjektion (InC, Main-Injektion), die den größten Leistungsbeitrag, d.h. den größten Drehmomentbeitrag liefert. Vor dieser Hauptinjektion finden eine Pilot-Injektion (InA) und eine Pre-Injektion (InB) statt. Nach der Hauptinjektion finden eine Nach-Injektion (InD, After-Injektion), sowie zwei Post-Injektionen (InE, InF, Post1-Injektion, Post2-Injektion) statt. Jede dieser Einzelinjektionen (In_i) wird über eine Energiebeaufschlagung des Injektors hervorgerufen. Entsprechend ist jeder Injektion ein elektrischer Injektionsbeginn (InElSt_i) zugeordnet. Der elektrische Injektionsbeginn entspricht der steigenden Flanke am Anfang einer Energiebeaufschlagung. Zwischen dem elektrischen Injektionsbeginn (InElSt_i) und dem hydraulischen Injektionsbeginn (steigende Flanke der Injektionsrate) liegt eine hydraulische Verzögerung (HydrDelay) (Injektionsbeginn-Verzögerung). Auch zwischen dem elektrischen Injektionsende und dem hydraulischen Injektionsende kann eine hydraulische Verzögerung (Injektionsende-Verzögerung) liegen, die denselben Wert haben kann, wie die Injektionsbeginn-Verzögerung, oder einen abweichenden Wert. Diese Verzögerungen sind berechenbar oder durch Versuche bestimmbar.
Bei einem selbstzündenden Motor beginnt die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs ohne einen externen Zündfunken, wenn das in der Brennkammer vorliegende Energieniveau (Druck, Temperatur) oberhalb der Startenergie für den Verbrennungsprozess liegt. Bei einem Verbrennungsmotor mit Fremdzündung kann der Startzeitpunkt für eine Verbrennung, insbesondere für die erste Verbrennung (CombA), durch einen steuerbaren Zündimpuls vorgegeben werden.
Zwischen dem hydraulischen Injektionsbeginn und dem Beginn der Verbrennung, d.h. dem Beginn einer Wärmeabgabe liegt eine Zündverzögerung (IgnitDelay). Die Zündverzögerung ist bei selbstzündenden Motoren sehr kurz. Sie kann je nach Betriebspunkt des Motors, der verfügbaren Menge an Sauerstoff (Sauerstoffgehalt), der momentanen Temperatur und dem momentanem Druck in der Brennkammer unterschiedlich lang ausfallen. Sie kann ggf. so kurz sein, dass sie vernachlässigbar ist. Bei fremdgezündeten Motoren kann die Zündverzögerung vorgegeben werden.
Durch die Verbrennung des Kraftstoffs mit dem in der Brennkammer verfügbaren Sauerstoff wird Energie in Form von Wärme freigesetzt, die einen Druckanstieg und einen Vortrieb des Kolbens (104) in Richtung zum unteren Totpunkt (BDC) hervorruft. Zu welchem Anteil die freigesetzte Wärme in ein inneres Drehmoment (InTq) umgewandelt werden kann, hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennung. Ferner hängt die Menge der abgegebenen Wärme von der Menge des in der Verbrennungsreaktion umgesetzten Kraftstoffs (Injektionsmenge bzw. Kraftstoffmasse) ab. Weitere Einflussgrößen sind ein Wärmeverlust und ein Leckageverlust während des Verbrennungsvorgangs. Die Höhe der genannten Einflussgrößen sowie deren Berechnung hängen von der Bauart des Motors, der Art der Kraftstoffzuführung und Einspritzung sowie von dem Kraftstoff selbst ab und sind in der Regel bestimmbar. Weiter unten wird ein konkretes Beispiel zur Berechnung aufgezeigt, von dem ausgehend auf andere Anwendungen umgerechnet werden kann.
Der Drehmomentbeitrag für eine Einzelinjektion (In_i) wird jeweils separat berechnet. Mit anderen Worten wird der momentane Arbeitsbeitrag aus einer (Einzel-)Verbrennung (Comb_i), die aus einer Einzel-Injektion (In_i) folgt, separat berechnet, und zwar anhand der momentanen Verhältnisse im Zylinder (106), insbesondere der momentanen Position des Kolbens (104) (bzw. der momentanen Kurbelwinkellage CA), der Menge des momentan eingespritzten Kraftstoffs und ggf. der Menge des momentan vorhandenen Sauerstoffs (Sauerstoffgehalt). Die Berechnung kann grundsätzlich beliebig ausgeführt werden, beispielsweise durch eine vollständige Simulation der Energieumwandlung. Bevorzugt wird jedoch jeder Einzel-Verbrennungsvorgang (Comb_i) rechnerisch auf eine Sofort-Verbrennung bei dem jeweiligen Wirkzentrum (EC_i) reduziert und dann eine Vergleichsberechnung an der Kurbelwinkellage (CA) des jeweiligen Wirkzentrums (EC_i) vorgenommen. Hierdurch kann der Rechenaufwand erheblich reduziert werden.
Das Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Einzelinjektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) kann auf verschiedene Weise festgelegt werden. Es wird bevorzugt derart festgelegt, dass es bei einem Mittelwert des akkumulierten Wärmeabgabebeitrags (Heat_Acc) aus der jeweiligen Verbrennung (Comb_i) liegt. In einem solchen Fall wird das Wirkzentrum auch als Verbrennungszentrum (Englisch: Center of Combustion) bezeichnet.
In 3 sind in dem dritten Diagramm beispielhaft parabelförmige Wärmeabgaberaten (Heat_R) für die Verbrennungsprozesse (Comb_A bis Comb_F) dargestellt, die die Wärmeabgabe pro Zeiteinheit bzw. pro Kurbelwinkellage (CA) kennzeichnen. Diese Wärmeabgaberaten führen zu dem in 4 dargestellten stufenförmigen Verlauf der akkumulierten Wärmeabgabe (Heat_Acc). Wenn ein (wie dargestellt) symmetrischer Verlauf der Wärmeabgaberate (Heat_R) vorliegt, liegt das Wirkzentrum (EC_i) etwa in der Mitte der Verbrennungsdauer.
Der Verlauf der Wärmeabgaberate kann alternativ eine andere Form haben und/oder asymmetrisch sein. Er kann insbesondere von dem Verlauf der Einspritzrate und damit von dem gewählten Injektionsmuster abhängen. Der Verlauf der Wärmeabgaberate kann ferner von der Menge des momentan in der Brennkammer zur Verfügung stehenden Sauerstoffs (Sauerstoffgehalt) abhängen. Im Folgenden werden unterschiedliche Möglichkeiten zur Bestimmung eines Wirkzentrums (EC_i) dargestellt, die entsprechend der Bauart des Motors und der Einspritzanlage sowie der Ansteuerungsart der Injektoren angepasst werden können.
Eine erste Möglichkeit zur Festlegung eines Wirkzentrums (EC_i) besteht darin, die Wärmeabgaberate aus den Einzelverbrennungen für vorbestimmte Injektionsmuster und Injektionsmengen in Versuchen oder in Simulationsrechnungen zu ermitteln und in geordneten Datenstrukturen wie bspw. Kennfeldern oder Funktionen abzulegen. Die Datenstrukturen können in einem Injektionssteuergerät abgelegt werden und während der Laufzeit des Motors bzw. während der Laufzeit der Steuerungssoftware zur Bestimmung eines momentanen Wirkzentrums (EC_i) abgerufen werden.
Alternativ können Werte für ein Wirkzentrum (EC_i) zunächst anhand der wichtigsten Haupt-Einflussgrößen, wie dem elektrischem Injektionsbeginn (InElSt_i), einer hydraulischen Verzögerung (HydrDelay), ggf. einer Zündverzögerung (IgnitDelay) und einer Brenndauer / Injektionsdauer berechnet werden. Die Wirkzentren (EC_i) können ggf. zusätzlich anhand von Neben-Einflussgrößen, wie der momentanen Sauerstoffkonzentration, dem momentanen Druck und/oder der momentanen Temperatur in der Brennkammer adaptiert werden. Ferner kann eine Adaption in Abhängigkeit von einem Speicherdruck in einer Common-Rail bzw. einem Zuführdruck des Kraftstoffs zum Injektor oder einem effektiven Injektionsdruck erfolgen.
Ein erster Ansatz sieht vor, dass für jede Einzelinjektion (In_i) eine mittlere Verbrennungsdauer definiert wird. Die mittlere Verbrennungsdauer kann beispielsweise zu der hydraulischen Injektionsdauer identisch sein, welche aus der elektrischen Injektionsdauer bestimmbar ist. Sie kann alternativ um einen vorbestimmten Faktor länger sein als die (elektrische / hydraulische) Injektionsdauer. Dieser Faktor kann durch Test- oder Simulationsrechnung für unterschiedliche Betriebspunkte bzw. Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors und unterschiedliche Arten (Pilot/Pre/Haupt/After/Post) und Formen von Injektionen bestimmt und in einem Kennfeld abgelegt sein.
Ein Wirkzentrum (EC_i) kann dann basierend auf dem elektrischen Injektionsbeginn (InElSt_i), der hydraulischen Injektionsverzögerung (HydrDelay) und der mittleren Verbrennungsdauer berechnet werden. Je nach Form des Einspritzratenverlaufs (symmetrisch / asymmetrisch) kann das Wirkzentrum (EC_i) so gewählt werden, dass es in etwa in der Mitte der Verbrennung oder mehr zu Beginn oder mehr zum Ende der Verbrennung liegt.
Alternativ kann ein Wirkzentrum (EC_i) einer Verbrennung basierend auf einem elektrischen Injektionsbeginn (InElSt_i), einem von der Motorlast abhängigen ersten Offset (OffLoad) und einem bauartbedingten zweiten Offset (OffContr) bestimmt werden. Der bauartbedingte Offset (OffLoad) kann beispielsweise durch Kalibrierung anhand von Testergebnissen zu spezifizierten Benchmark-Betriebsverläufen des Motors festgelegt werden. Der zweite bauartbedingte Offset (OffContr) kann anhand von bestimmten Bauart- und Geometriedaten des Zylinders, des Kolbens und der Einspritzanlage bestimmt werden. Eine solche Offset-basierte Bestimmung eines Wirkzentrums (EC_i) kann mit besonders geringem Rechenaufwand und somit in Echtzeit während des Betriebs eines Verbrennungsmotors erfolgen. Durch die beiden vorgenannten Offsets kann bereits eine gute Genauigkeit für die Festlegung eines Wirkzentrums (EC_i) und damit eine gute Genauigkeit für die separate Bestimmung eines Drehmomentbeitrags (InTq_i) aus einer Einzel-Injektion (In_i) erreicht werden. Je nach Ausbildung des Verbrennungsmotors und Art der Einspritzanlage bzw. der gewählten Einspritzungen (Injektionsmuster, Injektionsratenverlauf) können auch andere Verfahren zur Bestimmung eines Wirkzentrums (EC_i) herangezogen werden.
Den vorgenannten Bestimmungsverfahren ist gemein, dass sie auf physikalischen Größen und Steuerangaben beruhen, die außerhalb des tatsächlichen Verbrennungsverlaufs in der Brennkammer liegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestimmung eines Wirkzentrums (EC_i) einer Einzelverbrennung von internen Prozessparametern der Verbrennung in der Brennkammer abhängig gemacht werden. Diese Prozessparameter können beispielsweise durch Messung, Simulation oder Schätzung bestimmt werden. Hierfür eigenen sich insbesondere die Messung eines Zylinderdrucks und/oder die Erfassung einer tatsächlichen Einspritzmenge.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, dass ein Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Einzelinjektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) basierend auf einem momentanen Sauerstoffgehalt (Ox_i) in der Brennkammer angepasst wird. Mit anderen Worten kann für jede Einzel-Verbrennung (Comb_A–Comb_F) bestimmt werden, wie viel Sauerstoff für diese Verbrennung in der Brennkammer vorliegt und somit welches stöchiometrische Verhältnis besteht. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anpassung auf Basis eines momentanen Drucks und/oder einer momentanen Temperatur in der Brennkammer erfolgen.
Die Anpassung des Wirkzentrums (EC_i) kann in beliebiger Weise steuerungstechnisch umgesetzt werden. Bevorzugt wird ein dritter Offset gebildet, der in einem Kennfeld abgelegt wird. Ein Wert des Offsets kann für die relevanten Betriebsbereiche des Motors und verschiedene Injektionsmuster durch Test oder durch Simulationsrechnung bestimmt und abgespeichert werden. Alternativ kann er mit einer Funktion aus dem simulierten Rest-Sauerstoffgehalt in der Brennkammer berechnet werden.
Als Einflussgrößen zur Bestimmung des momentanen (Rest-)Sauerstoffgehalts werden insbesondere ein Anfangs-Sauerstoffgehalt (OxA) vor der ersten Verbrennung (Comb_A) sowie die Injektionsmengen aller vorhergehenden Einzelinjektionen (In_i) während des jeweiligen Arbeitsspiels berücksichtigt.
Im untersten Diagramm von 3 ist ein beispielhafter Verlauf des Sauerstoffgehalts (Oxygen) während des dort dargestellten Arbeitszyklus mit sechs Einzelinjektionen (In_A bis In_F) dargestellt, wobei für jede Einzelverbrennung (Comb_A bis Comb_F) der jeweils momentan verfügbare Sauerstoffgehalt (OxA bis OxF) zu Beginn der Verbrennung dargestellt ist. Der Sauerstoffgehalt sinkt während des Verbrennungstaktes ab.
Es kann gegebenenfalls zu unvollständigen oder verzögerten Verbrennungen während eines Arbeitsspiels kommen. Hiervon sind zumeist die späteren Injektionen (In_E, In_F) betroffen. Eine Verzögerung der Verbrennung kann am Ende des Expansionstaktes durch einen reduzierten Gasdruck in der Brennkammer hervorgerufen sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Restdruck nur noch knapp ausreicht, um die Aktivierungsenergie für eine Kraftstoffzündung aufzubringen. Ferner kann eine verzögerte Verbrennung durch einen reduzierten Sauerstoffgehalt in der Brennkammer hervorgerufen sein.
In 3 ist beispielhaft eine Verzögerung infolge geringen Drucks / geringen Sauerstoffgehalts als Oxidationsverzögerung (LowOxDelay) dargestellt. Die Oxidationsverzögerung führt dazu, dass sich der Verlauf der Wärmeabgaberate verändert (in 3 für Post1-Injektion bzw. zugehörige Verbrennung Comb_E dargestellt). Hierdurch ändert sich auch der Verlauf der akkumulierten Wärmeabgabe. Ggfs. kann der Sauerstoffgehalt so weit absinken, dass unvollständige Verbrennungen erfolgen, bspw. wenn das Kraftstoff-Sauerstoffverhältnis (Lambda) bei Volllast eines Benzinmotors unter den Wert von 1,0 absinkt.
Durch die Anpassung des Wirkzentrums (EC_i) können Veränderungen in der Verbrennungsdynamik, insbesondere das Auftreten von verzögerter und/oder unvollständiger Verbrennung berücksichtigt werden. In gleicher Weise kann eine Anpassung des Wirkzentrums (EC_i) auch für andere Abweichungen der Verbrennungsdauer oder einer Wärmeabgaberate eingesetzt werden, die bei anderen Injektionen (In_i) innerhalb eines Arbeitsspiels auftreten.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Berechnung eines inneren Drehmoments (InTq_i) aus einer Einzelinjektion (In_i) anhand des Gleichdruckprozesses beschrieben. Das Berechnungsverfahren kann auf andere Berechnungs- oder Simulationsmethoden, insbesondere auf andere Vergleichsprozesse, wie den Gleichdruckprozess, übertragen werden.
Das innere Drehmoment aus einer Einzelinjektion (InTq_i) kann aus der durch den Kraftstoff zugeführten Energie (FuelEnergy) und einem momentanen indizierten Wirkungsgrad (IndEff_i) (beim Wirkzentrum (EC_i) einer Einzelinjektion (In_i)) gemäß der nachfolgenden Formel F1 berechnet werden. InTq_i = FuelEnergy × IndEff_i Formel F1
Der Energiebeitrag (FuelEnergy) aus dem Kraftstoff, der für die jeweilige Einzelinjektion (In_i) eingespritzt wird, hängt von der Menge und Art des Kraftstoffs ab. Es kann beispielsweise ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung und einem Diesel-Kraftstoff eingesetzt werden. Der Energiebeitrag (FuelEnergy) kann gemäß vorhandenen Tabellenwerken und der nachfolgenden Formel F2 berechnet werden. Die Masse des eingespritzten Kraftstoffs (m_Fuel) kann aus der Einspritzmenge der jeweiligen Einzelinjektion (In_i) und der Kraftstoffdichte berechnet werden. Der untere Wärmewert (LowHeatVal) kann den Tabellen entnommen werden. FuelEnergy = m_Fuel × LowHeatVal / 2π Formel F2
Der innere Wirkungsgrad (IndEff_i) (auch indizierter Wirkungsgrad genannt) für eine Einzelinjektion (In_i) kann aus dem momentanen thermischen Wirkungsgrad (ThEff_i) und Verlustwirkungsgraden (HeatEff_i, LeakEff_i), beispielsweise für Hitzeverluste und Leckageverluste, berechnet werden. Die Wirkungsgrade für Hitzeverluste und Leckageverluste sind vom jeweiligen Motor und Betriebspunkt abhängig und können durch Versuch ermittelt und in Kennfeldern oder anderen geordneten Datenstrukturen abgelegt werden. Sie sind insbesondere von der Motortemperatur, der Motorlast und der Drehzahl sowie ggf. der Alterung des Motors abhängig. Die Berechnung des inneren Wirkungsgrads kann nach der folgenden Formel F3 erfolgen. IndEff_i = ThEff_i – HeatEff_i – LeakEff_i Formel F3
Der thermische Wirkungsgrad kann durch verschiedene Berechnungsverfahren ermittelt werden, beispielsweise durch eine thermodynamische Simulation oder durch Verwendung eines Vergleichsprozesses. Nachfolgend wird erläutert, wie der thermische Wirkungsgrad (ThEff_i) einer Einzelverbrennung nach dem Gleichraumprozess rechnerisch ermittelt werden kann. Der Wert des thermischen Wirkungsgrades errechnet sich dann gemäß der nachfolgenden Formel F4 aus einem momentanen Kompressionsverhältnis (ε = Epsilon) und einem Isentropenexponent (k = Kappa).
Der Isentropenexponent (k) kann in bekannter Weise ermittelt werden, beispielsweise aus Tabellen. Das Kompressionsverhältnis (ε = Epsilon) berechnet sich gemäß der nachfolgenden Formel F5 aus dem Kopfvolumen (Vc) im Zylinder (Volumen oberhalb des oberen Totpunktes TDC) und dem momentanen Hubvolumen (Vs). ε = Vc + Vs / Vc Formel F5
In 4 ist im unteren Bereich ein Kolben beim unteren Totpunkt (BDC) und beim oberen Totpunkt (TDC) dargestellt. Das Kopfvolumen (Vc) ist dasjenige Volumen, das innerhalb der Kompressionskammer eingeschlossen ist, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (TDC) befindet. Das Hubvolumen (Vs) verändert sich entsprechend der Bewegung des Kolbens zwischen dem unteren Totpunkt (BDC) und dem oberen Totpunkt (TDC).
In 6 sind ein Verlauf des Kompressionsverhältnisses (ε = Epsilon) und des thermischen Wirkungsgrades sowie des indizierten Wirkungsgrades über dem Kurbelwinkel (CA) schematisch dargestellt. Im oberen Diagramm von 6 ist ein standardmäßiger Verlauf des Kompressionsverhältnisses mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Das maximale Kompressionsverhältnis (Epsilon = 1) liegt beim oberen Totpunkt (TDC) der Kolbenbewegung vor. In dem Diagramm sind für die Wirkzentren (EC_A bis EC_F) der Einzelinjektionen (In_A–In_F) gemäß 3 die jeweiligen momentanen Kompressionsverhältnisse (Compr_A bis Compr_F) dargestellt. Gemäß der vorgenannten Formel F4 lässt sich hieraus der im zweiten Diagramm von 6 dargestellte momentane thermische Wirkungsgrad (ThEff_A–ThEff_F) für jede der Einzel-Injektionen (In_i) berechnen. In 6 ist weiterhin ein Beispiel für den nach der o.g. Formel F3 berechneten indizierten Wirkungsgrad (IndEff_A–IndEff_F) dargestellt, der sich nach der o.g. Formel F3 berechnet.
Mit einer gepunkteten Linie ist in dem zweiten Diagramm von 6 das Phänomen einer unvollständigen Verbrennung dargestellt. Die Linie zeigt, wie sich der indizierte Wirkungsgrad (IndEff_i) einer Einzelinjektion bei einer unvollständigen Verbrennung verändern kann. Diese Veränderung des inneren Wirkungsgrads (IndEff_i) kann bevorzugt über die vorgenannte Adaption des Wirkzentrums (EC_i) rechnerisch erfasst werden, insbesondere bei einer Adaption in Abhängigkeit von dem momentanen Gasdruck und/oder dem momentanen Sauerstoffgehalt in der Brennkammer. Hierdurch wird die Genauigkeit der Drehmomentbestimmung deutlich verbessert.
In 5 sind Teildarstellungen (A) bis (D) enthalten, in denen mögliche Versatzpositionen eines Kurbelgestänge-Anschlags am Kolben (104) und/oder der Kurbelwelle (114) mit Bezug auf eine Mittelachse (Z) des Kolbens (104) verdeutlicht werden. Wenn der Ansatzpunkt des Kurbelgestänges am Kolben (102) gegenüber der Mittelachse (Z) versetzt wird, spricht man von einem Kolben-Pin-Offset (dPiston). Wird hingegen der Kolben (104) bzw. der Zylinder (102) so angeordnet, dass die Mittelachse (Z) außerhalb der Drehachse der Kurbelwelle (114) verläuft, liegt ein Kurbelwellenversatz (dCrank) vor. Durch die Vorsehung eines Kolben-Pin-Versatzes und/oder eines Kurbelwellenversatzes kann der Kompressionsratenverlauf (ε-Epsilon) mit Bezug auf die Kurbelwinkellage (CA) verändert werden, sodass das Erreichen des oberen Totpunktes (TDC) durch den Kolben (104) zu dem Erreichen des höchsten Punktes der Kurbelwellendrehung phasenverschoben wird. Hierdurch kann die Effektivität der Umsetzung des Kolbendrucks in ein Drehmoment während des Verbrennungstaktes verbessert werden.
Im ersten Diagramm von 6 ist beispielhaft ein versetzter Verlauf „shifted“ der Kompressionsrate mit einer Strichpunktlinie dargestellt. Die erfindungsgemäße Technologie zur Drehmomentbestimmung berücksichtigt derartige Veränderungen der Motorkinematik, um so jeweils das korrekte momentane Kompressionsverhältnis bei einem Wirkzentrum (EC_i) zu bestimmen. Hierdurch kann die Genauigkeit der Drehmomentbestimmung erhöht werden.
In 4 ist zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Technologie ein P-V-Diagramm dargestellt, in dem die Arbeitsbeiträge aus den jeweiligen Einzelinjektionen (In_i) als Schichten dargestellt sind. Die Schichten ergeben sich aus der separaten Berechnung der einzelnen Energieumwandlungsanteile durch Expansion und Druckanstieg in den jeweiligen Wirkzentren (EC_i). Zum Vergleich ist in 4 der Verlauf des Arbeitsbeitrags gemäß einer globalen Berechnung mit nur einer einzelnen Expansion dargestellt. Durch die separate Berechnung bzw. bereichsweise Berechnung der Energieumwandlung mit Bezug auf die Einzelinjektionen (In_i) bzw. deren Wirkzentren (EC_i) kann der tatsächliche Arbeitsbeitrag aus einer Einzel-Verbrennung somit die Drehmomententstehung und deren Verteilung über der Kurbelwellendrehung mit deutlich höherer Genauigkeit bestimmt werden.
7 zeigt den Ablauf einer Verarbeitung zur Umsetzung einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Drehmomentbestimmung. In einem ersten Schritt S100 werden für eine Einzel-Injektion (In_i) der jeweilige elektrische Injektionsbeginn (InElSt_i) und die jeweilige Injektionsmenge (Q_i) bestimmt. Mit anderen Worten werden ein Standardinjektions-Timing und eine Standard-Injektionsmenge gemäß vorbekannten Verfahren ausgewählt, beispielsweise basierend auf einem Betriebspunkt des Motors und zur Erreichung von bestimmten Emissionsvorgaben.
Im nächsten Schritt S102 wird ein lastbedingter erster Offset (OffLoad) aus der Motorlast und/oder der Drehzahl des Motors bestimmt. Dann wird in Schritt (S104) ein bauartbedingter zweiter Offset (OffConstr) bestimmt. Die Bestimmung dieser Offsets erfolgt bevorzugt durch Abfrage aus Kennfeldern. Im Schritt S106 wird aus den zuvor bestimmten Werten das Wirkzentrum (EC_i) für die Verbrennung der jeweiligen Einzel-Injektion (In_i) berechnet, beispielsweise durch die folgende Formel F6. Die Werte für OffLoad und OffConstr können für jede Einzel-Injektion (In_i) separat festgelegt sein. EC_i = InElSt_i + OffLoad + OffConstr Formel F6
In Schritt S108 wird der momentane Sauerstoffgehalt (Ox_i) bestimmt, der für die momentane Verbrennung in der Brennkammer vorliegt. Anhand des momentanen Sauerstoffgehalts (Ox_i) wird das Wirkzentrum (EC_i) adaptiert.
In Schritt S110 wird das momentane Kompressionsverhältnis (Compr_i) bei dem (ggf. adaptierten) Wirkzentrum (EC_i) bestimmt. Die Bestimmung kann insbesondere nach der o.g. Formel F5 erfolgen, wobei das momentane Hubvolumen (Vs) des Kolbens (104) aus der Geometrie des Kurbelgestänges und der Kurbelwinkellage bei dem Wirkzentrum (EC_i) festgelegt ist.
In Schritt S112 wird dann der momentane thermische Wirkungsgrad (ThEff_i) gemäß der obigen Beschreibung berechnet, insbesondere gemäß Formel F4.
In Schritt S114 kann schließlich gemäß den o.g. Gleichungen F1, F2, F3 der Drehmomentbeitrag (InTq_i) für die jeweilige Einzelinjektion (In_i) berechnet werden.
Der in 7 gezeigte Verarbeitungsablauf kann für jede Einzelinjektion (In_i) wiederholt werden. Er stellt lediglich ein Beispiel für eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Technologie dar, wobei die Verarbeitung beispielsweise durch Software oder geeignete Schaltungen in einem Kraftstoffinjektionssteuergerät automatisiert ausgeführt werden kann. Für jeden der in 7 dargestellten Schritte (S100–S114) oder Untergruppen dieser Schritte kann ein bestimmter Abschnitt in einem Kraftstoffinjektionssteuergerät vorgesehen sein.
Das innere Drehmoment, das aus einer Einzel-Injektion erzeugt wird und durch eines der o.g. Verfahren bestimmt wurde, kann in beliebiger Weise für eine Steuerung des Motors, insbesondere für eine Steuerung der Einspritzanlage zur Leistungssteuerung des Motors umgesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung des Drehmoments (InTq) eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung vorgeschlagen, bei dem Soll-Werte zur Steuerung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors (100) auf Basis einer Drehmomentschätzung festgelegt werden, wobei die Drehmomentschätzung auf Basis der Bestimmung von Drehmomentbeiträgen der Einzel-Injektionen (In_i) während eines Arbeitsspiels an einem Zylinder des Motors berechnet werden. Ein solches Verfahren kann beliebig ausgebildet sein. Es kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen:
Die Drehmomentbeiträge (InTqA bis InTqF) aller vorgesehenen Einzel-Injektionen (InA bis InF) können auf Basis eines vorgewählten Injektionstimings und vorgewählten Soll-Injektionsmengen gemäß den oben beschriebenen Verfahren geschätzt, d.h. insbesondere berechnet werden. Es wird eine Differenz zwischen dem Soll-Drehmoment (InTq*), das sich bspw. aus einem Fahrtwunsch eines Fahrers, insbesondere aus einer Gaspedalstellung, ergibt, und der Summe der geschätzten Drehmomentbeiträge (InTq_A–InTq_F) berechnet. Wenn die zwischen dem Soll-Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment berechnete Differenz ungleich Null ist, kann eine Soll-Injektionsmenge und/oder ein Soll-Injektionstiming einer bestimmten Einzelinjektion gegenüber den vorgewählten Werten so angepasst werden, dass die durch diese Anpassung hervorgerufene Änderung des Drehmomentbeitrags für diese Einzelinjektion die zuvor berechnete Differenz zwischen dem Soll-Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment ausgleicht.
Die Vorauswahl eines Injektionsmusters, d.h. insbesondere die Auswahl der Soll-Injektionsmengen und des Soll-Injektionstimings können beispielsweise nach Kriterien zur Optimierung von Emissionswerten erfolgen. Derartige Emissionswerte betreffen insbesondere den Kohlendioxid- und Stickoxid-Ausstoß (CO2- und NOx-Emission) und den Partikelausstoß des Verbrennungsmotors. Anschließend kann eine Feinanpassung der Soll-Werte erfolgen, um eine exakte Drehmoment-Steuerung in Entsprechung zu dem Fahrerwunsch auszuführen. Somit können die Ziele der Erreichung von niedrigen Emissionen und gleichzeitig wunschgemäßer Leistungssteuerung eines Fahrzeugs besser erreicht werden.
Bevorzugt ist die Einzelinjektion, deren Timing oder Injektionsmenge verändert wird, die Haupt-Injektion, aus der der größte Drehmomentbeitrag erfolgt.
Die erfindungsgemäße Technologie umfasst auch ein Kraftstoffinjektionssteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, das dazu ausgebildet ist, ein erfinderisches Verfahren zur Drehmomentbestimmung und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Drehmomentsteuerung auszuführen. Die Technologie umfasst ferner ein Verfahren zur Bestimmung eines Einzel-Drehmomentbeitrags aus einer Einzel-Injektion an einem Verbrennungsmotor mit Mehrfachinjektion sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines Wirkzentrums (EC_i) für eine Einzel-Verbrennung.
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die einzelnen zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen oder gezeigten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander vertauscht, ersetzt oder weggelassen werden.
Ein Wirkzentrum (EC_i) für die Berechnung eines Drehmomentbeitrags einer Einzelinjektion kann beliebig festgelegt und steuerungstechnisch umgesetzt werden. Hierfür eignen sich insbesondere die Nutzung von geordneten Datenstrukturen, wie beispielsweise Kennfelder oder Funktionen, die in einem Speicher eines Kraftstoffinjektionssteuergerätes ablegbar sind. Diese geordneten Datenstrukturen können bevorzugt auf Basis von Tests und/oder Simulationsberechnungen festgelegt, insbesondere kalibriert werden.
Die Einzel-Injektionen und Einzel-Verbrennungen können (wie dargestellt) in getrennten Zeit- bzw. Kurbelwinkelintervallen auftreten, d.h. dass jeweils eine erste Einzel-Injektion (In_A) und eine zugehörige Verbrennung (Comb_A) abgeschlossen sind, bevor die nächste Injektion (In_B) und die zugehörige Verbrennung (Comb_B) beginnen. Alternativ können sich Einzel-Injektionen und/oder Einzel-Verbrennungen überlappen. Hierdurch wird die rechnerische Separation der Drehmomentbestimmung nicht beeinträchtigt. Sich überlappende Einzel-Injektionen können beispielsweise erzeugt werden, wenn an einem Zylinder mehrere separat ansteuerbare Kraftstoffinjektoren angeordnet sind.
Ferner können Injektionen mit beliebigen Injektionsratenverläufen, bspw. Rechteck-Injektion (square injection), Trapez- oder Dreieck-förmige Injektionen, Stiefelförmige Injektion (boot shape injections) in beliebiger Kombination eingesetzt werden, wobei jeweils der Drehmomentbeitrag sehr genau bestimmbar ist.
Es stellt einen eigenständigen Aspekt dieser Offenbarung dar, ein Verfahren zur Bestimmung des inneren Drehmoments (InTq) eines Verbrennungsmotors (100) mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer (106) eines Zylinders (102) vorzuschlagen, bei dem ein Drehmomentbeitrag einer Injektion bei einem als Kurbelwinkelposition angegebenen Wirkzentrum einer zu der Injektion gehörigen Verbrennung berechnet wird. Das Verfahren kann für den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Mehrfachinjektionen oder mit nur einer einzigen Injektion während eines Arbeitsspiels eingesetzt werden. Das Wirkzentrum wird nach einer der oben beschriebenen Vorgehensvarianten festgelegt.
Es stellt einen weiteren eigenständigen Aspekt dieser Offenbarung dar, ein Verfahren vorzusehen, bei dem ein Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von einem erfassten inneren Drehmoment gesteuert oder geregelt wird. Bei einem solchen Verfahren wird eine Steuerung oder Regelung des Motors in Abhängigkeit von inneren Parametern durchgeführt, die die Verbrennung an sich betreffen, also unabhängig von Einflüssen der äußeren Last sind. Das innere Drehmoment wird dabei bevorzugt nach einem der vorgenannten Verfahren bestimmt. Es ist somit nicht erforderlich, aus einem von der äußeren Last mitbeeinflussten Parameter, wie beispielsweise der Kurbeldrehung, auf das innere Drehmoment zurück zu rechnen. Die inneren Parameter, die sich zur Bestimmung des inneren Drehmoments eignen, sind insbesondere die Kraftstoff-Einspritzmenge, ein tatsächliches Injektionstiming und ein Zylinderdruck (Druck in der Brennkammer). Diese Parameter können jeweils gemessen oder per Modell berechnet werden. Besonders bevorzugt können eine Kraftstoff-Einspritzmenge und/oder ein hydraulischer Injektionsbeginn sowie hydraulisches Injektionsende aus einem im Injektor gemessenen Druckverlauf (Injektor-Drucksensor) bestimmt werden. Ein Zylinderdruck kann gemessen oder per Modell berechnet werden.

Das Verfahren kann in einem geschlossenen Regelkreis ausgeführt werden. Der Motor, insbesondere die Kraftstoffinjektoren und ein Kraftstofffördersystem (Hochdruckpumpe, Common-Rail, etc.) werden so angesteuert, dass das berechnete innere Drehmoment des Motors dem vom Fahrerwunsch abhängigen Soll-Drehmoment entspricht. Mit anderen Worten wird ein Soll-Drehmoment als Regelgröße verwendet, von dem ein prognostiziertes oder geschätztes inneres Drehmoment abgezogen wird. Die hierdurch ermittelte Drehmomentdifferenz (Regeldifferenz) wird zur Adaption der Steuergrößen des Motors, insbesondere zur Adaption einer Einspritzmenge genutzt. Ein solches Verfahren kann für einen Betrieb des Motors mit Mehrfachinjektionen oder mit nur einer einzigen Injektion während eines Arbeitsspiels ausgeführt werden. Ein Injektionsmuster (Anzahl und Form der Injektionen) und ein Injektionstiming können in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors so festgelegt werden, dass niedrige Emissionen erzielt werden. Das Regelungsverfahren kann Start-Werte für die eine oder die mehreren Injektionsmengen während eines Arbeitsspiels vorgeben, die anschließend zur Erreichung des gewünschten Soll-Drehmoments adaptiert werden. Alternativ kann es direkt die erforderlichen Injektionsmengen berechnen. Das Ist-Drehmoment wird bevorzugt auf Basis zumindest eines durch Messung ermittelten inneren Parameters der Verbrennung erfasst. BEZUGSZEICHENLISTE

100	Verbrennungsmotor (Dieselmotor)	Internal combustion engine (diesel)
102	Zylinder	Cylinder
104	Kolben	Piston
106	Brennkammer	Combustion chamber
108	Einlass-Ventil	Inlet-Valve
110	Auslass-Ventil	Outlet-Valve
112	Injektor	Injector
114	Kurbelwelle	Crank shaft
116	Kolbenbolzen	Piston Pin
CA	Kurbelwinkel	Crank angle
l, r	Parameter des Kurbeltriebs	Parameters of crank drive
S	Kolbenhub	Piston stroke
Vs	Hubvolumen	Stroke volume
Vc	Totvolumen	Dead volume
Vg	Gesamtvolumen	Overall volume
TDC	Oberer Totpunkt	Top dead center
BDC	Unterer Totpunkt	Bottom dead center

InTq	Inneres Drehmoment	Inner torque
AvTq	Verfügbares Drehmoment	Available torque
FrLo	Reibungsverlust	Friction loss
PuLo	Pumpverlust	Pumping loss
EffTh_i	Momentaner Thermischer Wirkungsgrad	Momentary thermal efficiency
EffIn	Innerer Wirkungsgrad / indizierter Wirkungsgrad	Inner efficiency / indicated efficiency
InElSt_i	Elektrischer Injektionsbeginn	Electric injection start
In_i (InA–InF)	Einzel-Injektion	Single Injection
Comb_i	Verbrennung / Einzel-Verbrennung	Combustion / single combustion
Ox_i	Momentaner Sauerstoffgehalt in Brennkammer	Momentary oxygen concentration in combustion chamber
OffLoad	Erster Offset (lastabhängig)	First Offset (load dependent)
OffContr	Zweiter Offset (bauartbedingt)	Second Offset (construction type dependent)
HydrDelay	Hydraulische Verzögerung	Hydraulic delay
IgnitDelay	Zündverzögerung	Ignition delay
LowOxDelay	Brenndauerausweitung	Combustion duration extension
EC_i	Wirkzentrum einer	Effective center of
(EC_A–EC_E)	Verbrennung (Center of combustion)	a combustion (Center of combustion)
ExhaustOx	Sauerstoffgehalt im Abgas	Oxygen concentration in exhaust gas
Inj_En	Injektor-Energiebeaufschlagung	Injector energization
Hyd_Inj	Hydraulische Injektion	Hydraulic injection
Heat_R	Wärmeabgaberate	Heat release rate
Heat_Acc	Akkumulierte Wärmeabgabe	Accumulated heat release
Oxygen	Sauerstoff in der	Oxygen in the
	Brennkammer	combustion chamber
dPiston	Kolben-Bolzen-Versatz	Piston pin offset
dCrank	Kurbelwellenversatz	Crank shaft offset

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/104122 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des inneren Drehmoments (InTq) eines Verbrennungsmotors (100) mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer (106) eines Zylinders (102), dadurch gekennzeichnet, dass während eines Arbeitsspiels des Zylinders (102) ein Injektions-Zyklus mit mehreren Einzelinjektionen (In_i) ausführbar ist und der Drehmomentbeitrag (InTq_i) aus einer Einzelinjektion (In_i) separat berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte innere Drehmoment (InTq) des Arbeitsspiels aus den separat berechneten Drehmomentbeiträgen (InTqA–InTqF) aller Einzelinjektionen (InA–InF) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentbeitrag (InTq_i) einer Einzelinjektion (In_i) basierend auf einer Einzel-Einspritzmenge (Q_i) an Kraftstoff und einem momentanen thermischen Wirkungsgrad (EffTh_i) für die Einzelinjektion (In_i) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein momentaner thermischer Wirkungsgrad (EffTh_i) gemäß einem standardisierten Vergleichsprozess berechnet wird, insbesondere nach dem Gleichraumprozess.
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentbeitrag einer Injektion (In_i) bei einem als Kurbelwinkelposition angegebenen Wirkzentrum (EC_i) einer zu der Einzelinjektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein momentaner thermischer Wirkungsgrad (EffTh_i) für eine Einzelinjektion (In_i) basierend auf einem momentanen Kompressionsverhältnis (Compr_i) bei dem Wirkzentrum (EC_i) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Injektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) bei einem Mittelwert des Wärmeabgabebeitrags (Heat_R) aus dieser Verbrennung (Comb_i) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Injektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) basierend auf einem elektrischen Injektionsbeginn (InElSt_i), einer hydraulischen Injektionsverzögerung (HydDelay) und einer mittleren Verbrennungsdauer bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Injektion (In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) basierend auf einem elektrischen Injektionsbeginn (InElSt_i), einem von der momentanen Motorlast abhängenden Offset (OffLoad) und einem bauartbedingten Offset (OffConstr) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkzentrum (EC_i) einer zu einer Injektion(In_i) gehörigen Verbrennung (Comb_i) basierend auf einer Form des Injektionsratenverlaufs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkzentrum (EC_A–EC_F) einer zu einer Injektion (InA–InF) gehörigen Verbrennung (CombA–CombF) basierend auf einem momentanen Sauerstoffgehalt (OxA–OxF) angepasst wird, der für diese Verbrennung (CombA–CombF) in der Brennkammer (106) vorliegt.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (100) mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer (106), wobei Soll-Werte zur Steuerung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors (100), insbesondere Soll-Injektionsmengen und/oder ein Soll-Injektionstiming festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Sollwerte in Abhängigkeit von einer modellbasierten Berechnung des Drehmoments zu einem Wirkzentrum einer Verbrennung erfolgt, wobei das Wirkzentrum nach einem der Ansprüche 5 bis 11 erfolgt.
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 12 oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Verbrennungsmotors (100), insbesondere das innere Drehmoment (InTq) in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verbrennungsmotor (100) ein Injektions-Zyklus mit mehreren Einzelinjektionen (In_i) ausgeführt wird und die Berechnung des Drehmomentbeitrags einer Einzelinjektion nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 erfolgt.
Verfahren zur Steuerung des Drehmoments (InTq) eines Verbrennungsmotors (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Schätzen der Drehmomentbeiträge (InTqA–InTqF) aller Einzelinjektionen (InA–InF) auf Basis eines vorgewählten Injektionstimings und vorgewählten Soll-Injektionsmengen; – Berechnen einer Differenz (dInTq) zwischen einem Soll-Drehmoment für das Arbeitsspiel und der Summe der geschätzten Drehmomentbeiträge (InTq_i) für die Einzel-Injektionen (In_i); – Anpassen einer Soll-Injektionsmenge und/oder eines Soll-Injektionstimings einer bestimmten Einzelinjektion (In_i), insbesondere der Hauptinjektion (InC), sodass eine durch die Anpassung hervorgerufene Änderung des Drehmomentbeitrags dieser Einzelinjektion die Differenz (dInTq) zwischen dem Soll-Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment ausgleicht.
Kraftstoffinjektionssteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer (106) eines Zylinders (102), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.