DE102014211162A1

DE102014211162A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102014211162A1
Application number: DE102014211162.5A
Authority: DE
Inventors: Lars Petersen; Louisa Brendel; Jurij Schmidgal; Andre Shurkewitsch; Ingo Weise
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: CN106460711B; CN106460711A; DE102014211162B4; WO2015189014A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist. Das Verfahren (10) umfasst die Schritte: Bereitstellen (102) einer Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks (pag) im Auslasskanal, wobei der Schritt des Bereitstellens (102) einer Datenbasis enthält: Bereitstellen (100) von Messdaten (30), die an einem Prüfstand gemessen sind, und Bereitstellen (101) von Simulationsdaten (31), die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind, Bestimmen (103) einer Basisfunktion (20), die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck (pag) qualitativ beschreibt, und Anpassen (104) der Basisfunktion (20) an zumindest den einen Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine und eine Vorrichtung zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine.
Um eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bei geringem Kraftstoffverbrauch und geringem Schadstoffausstoß zu betreiben, werden die Anteile an Frischluft, Restgas und Spülluft einer Zylinderfüllung durch Regelung eines Einlassventils und eines Auslassventils in geeigneter Weise eingestellt. Dazu werden bei einem Viertaktmotor beispielsweise die vier Prozessschritte Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen durchlaufen. Beim Ansaugen wird das Einlassventil, kurz bevor der Kolben einen oberen Totpunkt erreicht, geöffnet, wobei das Auslassventil geöffnet bleibt. Nach Durchlaufen des oberen Totpunkts wird das Auslassventil geschlossen. Erst, nachdem der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat und sich teilweise wieder nach oben bewegt hat, wird das Einlassventil wieder geschlossen. Insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen, die auf dem Miller-Verfahren basieren, hat die Füllung des Zylinders einen erheblichen Einfluss auf deren Betriebseigenschaften. Das Miller-Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Einlassventil im Vergleich zum herkömmlichen Otto-Prozess sehr früh schließt, wodurch die Luftmenge im Zylinder verringert ist. Für die Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen ist es daher von großer Bedeutung, dass auf Modelle zur Füllungserfassung zurückzugegriffen werden kann, auf deren Genauigkeit Verlass ist.
Es existieren mehrere Ansätze zur Füllungsmodellierung. Gemäß einem Ansatz lassen sich mit Hilfe der Schaltzeitpunkte von Einlass- und Anlassventilen eine Gesamtgasmasse und eine Restgasmasse im Zylinder berechnen. Unter Anwendung der allgemeinen Gleichung für ideale Gase wird Druckgleichheit zwischen Saugrohr und Zylinder bzw. zwischen Abgaskrümmer und Zylinder angenommen. Ein Beispiel für eine solche Berechnung der Luftfüllung einer Verbrennungskraftmaschine wird durch die DE 43 25 902 A1 gegeben. Allerdings ist bei diesem Ansatz eine Reihe von Vereinfachungen vorzunehmen, so dass viele Betriebspunkte nicht ausreichend genau beschrieben werden können. Auch empirische Modellkorrekturen führen nicht zu der erwünschten Genauigkeit.
Gemäß einem weiteren Ansatz werden Schluckkurven für alle möglichen Kombinationen der füllungsbeeinflussenden Größen des Motors abgelegt. Aus der DE 102 49 342 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Bestimmen des Restgaspartialdrucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei werden für unterschiedliche Zeitpunkte für das Schließen und Öffnen von Einlass- bzw. Auslassventilen Kennfelder aufgenommen. Diese können zum Bestimmen der Restgaswerte mit einem Schwerpunktfaktor interpoliert werden. Alternativ kann mit einem entsprechenden Ansatz auch die Frischluftmasse in Abhängigkeit des Saugrohrdrucks bestimmt werden. Dieser datenbasierte Ansatz ermöglicht jedoch keine physikalische Modellierung. Zudem wird der Abgasgegendruck bei der Füllungserfassung nicht physikalisch korrekt berücksichtigt, da dieser nur mit sehr großem Aufwand unabhängig vom Saugrohrdruck variiert werden kann. Interpolationen und Extrapolationen insbesondere hinsichtlich des Abgasgegendruckes führen zu einer nicht ausreichenden Genauigkeit des Modells.
Ein dritter Ansatz beruht auf der Ladungswechselrechnung, wobei eine Simulation des Motorprozesses durchgeführt wird. Insbesondere ist eine eindimensionale Ladungswechselrechnung bekannt, bei der eine zeitliche und entlang der Rohre räumliche Beschreibung der Vorgänge geliefert wird. Allerdings liefert auch die Ladungswechselrechnung nur eine begrenzte Genauigkeit der Füllungserfassung. Zudem ist die Ladungswechselrechnung rechenintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist, enthält die Schritte:
Bereitstellen einer Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks im Auslasskanal, wobei der Schritt des Bereitstellens der Datenbasis enthält:
Bereitstellen von Messdaten, die an einem Prüfstand gemessen sind, und
Bereitstellen von Simulationsdaten, die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind,
Bestimmen einer Basisfunktion, die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck qualitativ beschreibt, und
Anpassen der Basisfunktion an den Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Ausführen des erwähnten Verfahrens, wobei der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist, umfasst
eine Schnittstelle zum Bereitstellen einer Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks im Auslasskanal, wobei der Datensatz Messdaten, die an einem Prüfstand gemessen sind, und Simulationsdaten, die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind, enthält,
eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer Basisfunktion, die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck qualitativ beschreibt, und
eine Korrektureinheit zum Anpassen der Basisfunktion an den Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine basiert auf einer Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine, bei der der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal, insbesondere einem Auslasskanal einer Auspuffanlage, verbunden ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit von einem Abgasgegendruck im Auslasskanal bereitgestellt. Der Schritt des Bereitstellens der Datenbasis enthält das Bereitstellen von Messdaten, die an einem Prüfstand gemessen sind, und das Bereitstellen von Simulationsdaten, die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind. Nach dem Bereitstellen der Datenbasis wird auf dieser Grundlage eine Basisfunktion bestimmt, die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck qualitativ beschreibt. Ein nachfolgender Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Anpassen der Basisfunktion an den Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion.
Die Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt nunmehr in Abhängigkeit des Abgasgegendrucks. Da die Füllung in dem Zylinder auch bei konstantem Saugrohrdruck veränderbar ist, sobald eine Änderung des Abgasgegendrucks vorliegt, kann auf Basis der Füllungserfassung in Abhängigkeit des Abgasgegendrucks eine genaue Darstellung der Füllungsänderung zur Verfügung gestellt werden. Außerdem kann mit Hilfe der anpassbaren Basisfunktion ein gutes Extrapolationsergebnis erzielt werden, wodurch die Robustheit erhöht werden kann. Zudem setzt sich die Datenbasis mit dem Datensatz aus Messdaten, die an einem Prüfstand gemessen sind, und aus Simulationsdaten, die mittels der Ladungswechselrechnung berechnet sind, zusammen. Damit lässt sich ein verbessertes Modell bereitstellen, das aufgrund der erhöhten Anzahl an Datenpunkten die tatsächliche Füllung sehr gut wiedergibt. Das mit Hilfe der angepassten Basisfunktion bereitgestellte Modell ist sehr robust und verringert Fehler sowohl in den Simulationswerten als auch in den realen Messdaten.
Auf der Grundlage des Modells, das durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt wird, können die füllungsbeeinflussenden Stelleinheiten sehr genau gesteuert werden. Damit wird es möglich, dass sich auch bei hohen Drehzahlen die Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventil teilweise überschneiden (Scavenging), so dass ein Teil der angesaugten kalten Frischluft das im Zylinder befindliche heiße Abgas in den Abgaskrümmer spült, wodurch die Füllung weiter verbessert werden kann.
Das Verfahren zur Füllungserfassung kann insbesondere bei der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen, die auf dem Grundprinzip des Otto-Prozesses basieren, Anwendung finden. Alternativ kann das Verfahren zur Füllungserfassung auch bei der Entwicklung von Dieselmotoren zum Einsatz kommen.
Die Menge der Füllungskomponente kann als eine Masse der Frischluftkomponente, beispielsweise eine Ruhemasse oder eine molare Masse, oder als ein Volumen der Frischluftkomponente sein.
Die Füllung des Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine setzt sich aus verschiedenen Mengenanteilen an Füllungskomponenten, wie der Frischluft, dem Restgas und/oder der durchgespülten Luft, zusammen. Je nach Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine können noch zusätzliche Füllungskomponenten von Bedeutung sein, beispielsweise rückgeführtes Abgas. Der Datensatz der Datenbasis, die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt wird, kann also beispielsweise eine Frischluftmasse, eine Restgasmasse, eine durchgespülte Luftmasse oder eine zusätzliche Gasmasse sein. Das Verfahren zur Füllungserfassung zielt somit darauf ab, zumindest die Frischluftmenge und/oder die Restgasmenge in einem Zylinder zu bestimmen. Gegebenenfalls können auch die durchgespülte Luftmenge oder eine Menge einer anderen Füllungskomponente berechnet werden. Die Datenbasis kann auch zwei oder mehr Datensätze enthalten, die unterschiedliche Füllungskomponenten betreffen. Beispielsweise kann die Datenbasis einen Datensatz betreffend die Frischluftmenge und einen Datensatz betreffend die Restgasmenge enthalten. Gegebenenfalls kann die Datenbasis zudem einen Datensatz betreffend die Spülluftmenge enthalten.
Als Frischluft kann bei einer Direkteinspritzung die in das Saugrohr eingeleitet Umgebungsluft verstanden werden, deren Zusammensetzung im Wesentlichen der Zusammensetzung des Gasgemisches der Erdatmosphäre entsprechen kann. Wird eine Abgasrückführung eingesetzt, so kann als Frischluft auch ein Gemisch aus Umgebungsluft und rückgeführtem Abgas angesehen werden. Bei Einspritzung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylinder kann als Frischluft auch ein Gemisch aus in das Saugrohr eingeleiteter Umgebungsluft und Kraftstoff verstanden werden.
Unter Restgas ist die aus dem Zylinder abgeleitete verbrannte Luft zu verstehen. Fließt Frischluft beim Ladungswechsel durch den Zylinder und gelangt unverbrannt in den Auslasskanal, beispielsweise zwischen den Schritten Ausstoßen und Ansaugen, so bezeichnet man diese Gasmenge als Spülluft.
Zum Bereitstellen der Messdaten können die Mengen der Füllungskomponente bzw. jeder Füllungskomponente beispielsweise an einem Prüfstand gemessen werden. Die die Mengen der Füllungskomponenten oder mehrerer Füllungskomponenten betreffenden Messdaten können alternativ oder zusätzlich auch aus gemessenen Größen berechnet werden. Zum Beispiel kann die Frischluftmenge an dem Prüfstand gemessen werden und die Restgasmenge auf Basis der gemessenen Frischluftmenge berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Mengen der Füllungskomponente bzw. jeder Füllungskomponente beispielsweise aus einem Speichermedium, insbesondere aus einem elektronischen Datenspeicher, abgerufen werden, in das zuvor an einem Prüfstand gemessene Messdaten und/oder aus gemessenen Größen berechnete Werte gespeichert wurden. Je nach den Anforderungen können die Messdaten somit direkt gemessen werden, aus gemessenen Größen berechnet werden, und/oder wiederverwendet werden, falls geeignete Messdaten bereits zu anderen Zwecken gemessen bzw. berechnet wurden und somit im gespeicherten Zustand vorliegen. Der Messaufwand kann somit in Grenzen gehalten werden.
Die Simulationsdaten können vorzugsweise mit Hilfe der Ladungswechselrechnung, insbesondere der eindimensionalen Ladungswechselrechnung, bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein geeigneter Simulationsalgorithmus, der beispielsweise durch einen Prozessor ausgeführt wird, zum Einsatz kommen. Auf dem Gebiet der Simulation von Motordaten ist zum Beispiel die GT Power Engine Simulation Software der Firma Gamma Technologies bekannt. Die Berechnung der Simulationsdaten ist jedoch nicht nur auf die Simulation mit Hilfe von GT Power Engine Simulation Software beschränkt, sondern kann auch mit anderen Simulationsalgorithmen bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch bereits zuvor durch Simulation bestimmte Simulationsdaten, die auf einem Speichermedium hinterlegt sind, zum Bereitstellen der Simulationsdaten abgerufen werden. Damit kann, sofern geeignete Simulationsdaten bereits vorhanden sind, der Rechenaufwand effektiv reduziert werden.
Typischerweise ergibt sich stationär bei aufgeladenem Motor exakt ein Abgasgegendruck, solange relevante füllungsbeeinflussende Größen wie eine Drehzahl, ein Saugrohrdruck, eine Einlassnockenwellenphase, eine Auslassnockenwellenphase und/oder andere Größen, konstant sind. Genau dieser Abgasgegendruck kann messtechnisch stationär am Prüfstand zusammen mit der entsprechenden Füllungskomponente erfasst werden. In der Dynamik kann ein Abgasturbolader einen Querschnitt (Strömungsquerschnitt) verringern und es kann sich bei den gleichen konstanten Einflussgrößen (Drehzahl, Saugrohrdruck, Einlassnockenwellenphase, Auslassnockenwellenphase und/oder andere Größen) ein anderer Abgasgegendruck einstellen, weshalb sich die Füllungskomponente in der Dynamik nicht oder nur mit großem Aufwand messtechnisch erfassen lässt. Eine Variation des Abgasgegendruckes, bei ansonsten konstanten Einflussgrößen, kann jedoch durch die Simulation ergänzt werden. Es kann beispielsweise exakt ein Datenpunkt gemessen und die anderen simuliert sein, um die Basisfunktion in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck beschreiben zu können. Die simulierten Daten können u.U. in der Dynamik real erreicht werden, nicht aber stationär gemessen werden.
Aus einer qualitativen Betrachtung der Messdaten und Simulationsdaten des einen Datensatzes oder mehrerer Datensätze betreffend eine der Füllungskomponenten kann qualitativ eine Basisfunktion abgeleitet werden. Die Basisfunktion kann in grober Näherung eine Funktion sein, die einen ersten und zweiten Kurvenabschnitt, die jeweils konstanten Funktionen folgen, und einen dritten Kurvenabschnitt, der eine lineare Steigung enthält, aufweisen. In einer genaueren Näherung kann die Basisfunktion als Funktion bestimmt sein, die einen ersten Kurvenabschnitt und einen zweiten Kurvenabschnitt, die jeweils konstanten Funktionen folgen, und mindestens zwei gekrümmte Abschnitte, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kurvenabschnitt angeordnet sind, enthalten.
In einer noch feineren Näherung kann die Basisfunktion eine Sigmoidfunktion (Schwanenhalsfunktion oder S-Funktion) sein. Eine Sigmoidfunktion ist als mathematische Funktion mit einem S-förmigen Graphen zu verstehen. Die Sigmoidfunktion kann eine Reihe von Parametern enthalten, die einen Einfluss von füllungsbeeinflussenden Größen, beispielsweise der Drehzahl, des Saugrohrdrucks, der Steuerphase des Einlassventils, der Steuerphase des Auslassventils, des Einlassventilhubs und/oder des Auslassventilhubs, auf die Menge der Füllungskomponente wiedergeben. Zudem können auch weitere füllungsbeeinflussende Größen wie eine Saugrohrtemperatur, eine Motortemperatur, eine Abgastemperatur, ein Abgasgegendruck nach einer Turbine, eine Stellung einer Ladungsbewegungsklappe, eine Saugrohrlängenumschaltung, eine Zylinderabschaltung und/oder ein sogenanntes „Second Event“ (ein weiteres Öffnen des Einlass- oder Auslassventils), die Menge der Füllungskomponente beeinflussen. Diese weiteren füllungsbeeinflussenden Größen können als weitere Parameter, als Add-On-Modell, durch physikalisch-basierte Korrekturen und/oder durch ein separates Füllungsmodell in der Sigmoidfunktion berücksichtigt werden.
Typische Basisfunktionen für die verschiedenen Füllungskomponenten werden nachfolgend aufgeführt.
Die Basisfunktion für die Berechnung der Frischluftmasse kann beispielsweise lauten:
Dabei ist y_fl die normierte Frischluftmasse, x der normierte Abgasgegendruck und P2, P3, P4 und P5 variable Parameter der Basisfunktion, die so veränderbar sind, dass die Basisfunktion optimal an den Datensatz der jeweiligen Füllungskomponente angepasst ist. Der normierte Abgasgegendruck lässt sich gemäß der Gleichung
berechnen, wobei p_ag der Abgasgegendruck, p_agmin der minimale Abgasgegendruck und p_agmax der maximale Abgasgegendruck ist. Die Frischluftmasse m_fl lässt sich berechnen durch m_fl = y_fl·m_flmax – m_flmin (III), wobei m_flmin die minimale Frischluftmasse und m_flmax die maximale Frischluftmasse ist.
Wie aus Gleichung I beispielhaft hervorgeht, kann eine Basisfunktion für die Modellierung einer Frischluftmasse vier Parameter P2, P3, P4 und P5 enthalten, wobei diese vier Parameter eine x-Verschiebung, d.h. eine Verschiebung der Basisfunktion zu einem höheren oder niedrigeren Abgasgegendruck, eine Amplitude, eine untere Krümmung und eine obere Krümmung der Basisfunktion festlegen können. Die vier Parameter bzw. die x-Verschiebung, die Amplitude und die obere und die untere Krümmung der Basisfunktion können zum Beispiel von der Drehzahl, dem Saugrohrdruck, der Steuerphase des Einlassventils und/oder der Steuerphase des Auslassventils abhängig sein. Eine solche Abhängigkeit wird weiter unten bezüglich eines konkreten Beispiels im Detail beschrieben. Die Steuerphase des Einlassventils und/oder des Auslassventils kann durch die Stellung der Einlassnockenwelle und/oder die Stellung der Auslassnockenwelle bestimmt sein. Alternativ können das Einlassventil und/oder das Auslassventil auch anderweitig, beispielsweise elektronisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sein.
Für die Restgasmasse lässt sich beispielsweise die folgende Funktion als Basisfunktion einsetzen:
wobei y_rg die normierte Restgasmasse, x der normierte Abgasgegendruck, der entsprechend der Gleichung II definiert ist, und Q2, Q3, Q4 und Q5 variable Parameter der Basisfunktion sind. Analog zur Frischluftmasse lässt sich die Restgasmasse m_rg gemäß m_rg = y_rg·m_rgmax – m_rgmin (V) berechnen, wobei m_rgmin die minimale Restgasmasse und m_rgmax die maximale Restgasmasse ist.
Auch eine Basisfunktion für die Modellierung einer Restgasmasse kann vier Parameter Q2, Q3, Q4 und Q5 enthalten. Die Parameter Q2, Q3, Q4 und Q5 können wiederum eine X-Verschiebung bzw. eine Verschiebung der Basisfunktion zu einem höheren oder niedrigeren Abgasgegendruck, eine Amplitude, eine untere Krümmung und/oder eine obere Krümmung der Basisfunktion festlegen. Weiterhin können die vier Parameter von der Drehzahl, dem Saugrohrdruck, der Steuerphase des Einlassventils und/oder der Steuerphase des Auslassventils abhängen.
Die durch die Gleichungen I und IV beschriebenen Basisfunktionen für die Frischluftmasse bzw. die Restgasmasse ergeben den typischen Verlauf einer S-Funktion.
Ein Beispiel für eine Basisfunktion für die Modellierung einer Spülluftmasse kann der folgenden Gleichung folgen:
Dabei ist y_sldie normierte Spülluftmasse, x der durch die Gleichung II definierte normierte Abgasgegendruck und R1, R2, R3, R4 und R5 variable Parameter der Basisfunktion. Die Basisfunktion für die Spülluftmasse kann beispielsweise eine aus zwei Sigmoidfunktionen zusammengesetzte Funktion sein. Die Parameter R1, R2, R3, R4 und R5 können eine X-Verschiebung bzw. eine Verschiebung der Basisfunktion zu einem höheren oder niedrigeren Abgasgegendruck, eine Amplitude, eine untere Krümmung, eine mittlere obere Krümmung, eine mittlere untere Krümmung und/oder eine obere Krümmung der Basisfunktion festlegen.
Die Basisfunktion kann nicht nur für einen bestimmten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden, sondern für eine Reihe von unterschiedlichen Betriebszuständen, da die Füllungskomponenten einer Zylinderfüllung beispielsweise von einem Saugrohrdruck, einer Motordrehzahl, einer Steuerphase des Einlassventils und/oder einer Steuerphase des Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine abhängen können. Daher kann es nützlich sein, die Basisfunktionen jeweils für unterschiedliche Saugrohrdrücke, Motordrehzahlen, Steuerphasen des Einlassventils und/oder Steuerphasen des Auslassventils zu bestimmen. Dazu kann beispielsweise eine Datenbasis zur Verfügung gestellt werden, die unterschiedliche Datensätze betreffend die Füllungskomponente bzw. jede Füllungskomponente für die verschiedenen Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine enthält. Für jeden dieser Datensätze können anschließend die variablen Parameter bestimmt werden. Die variablen Parameter können von mindestens einer den Betriebszustand bestimmenden Größe, wie dem Saugrohrdruck, der Drehzahl und den Steuerphasen des Einlassventils und des Auslassventils, abhängen. In manchen Beispielen können die variablen Parameter jeweils vom Saugrohrdruck, der Drehzahl und den Steuerphasen des Einlassventils und des Auslassventils abhängen. Durch die betriebszustandsabhängige Bestimmung der variablen Parameter lässt sich die Masse einer oder jeder Füllungskomponente sehr genau und zuverlässig modellieren.
Um die Massen der Füllungskomponenten auch für nicht-messbare Betriebszustände modellieren zu können, können die variablen Parameter für nicht-messbare Betriebszustände auf Basis der bereits bestimmten variablen Parameter abgeschätzt werden, insbesondere simuliert, extrapoliert oder intrapoliert werden.
Die bestimmten variablen Parameter für die unterschiedlichen messbaren und/oder simulierbaren Betriebszustände und/oder die abgeschätzten Parameter für nicht-messbare Betriebszustände können beispielsweise in einer Speichereinheit, beispielsweise einem elektronischen Datenspeicher, abgelegt werden. Es kann hilfreich sein, die variablen Parameter der Basisfunktion in mehrdimensionalen Kennräumen abzulegen. Alternativ kann ein Modell der Basisfunktion in künstlichen neuronalen Netzen abgelegt werden. Weitere Alternativen des Ablegens des Modells liegen in der Nutzung von Polynom-Modellen oder gaußschen Prozessmodellen.
Mit Hilfe der mehrdimensionalen Kennräume ist es möglich, variable Parameter für verschiedenste Betriebszustände, beispielsweise verschiedene Drehzahlen n, Saugrohrdrücke p_s und verschiedene Stellungen des Einlassventils φ_ENW und des Auslassventils φ_ANW, festzuhalten und so exakt die Massen der Füllungskomponenten in ganz bestimmten Betriebszuständen zu modellieren. Dazu können die variablen Parameter, beispielsweise für die Frischluftmasse nach Gleichung I die Parameter P2 = KR_P2(n, φ_ENW, φ_ANW, p_s) P3 = KR_P3(n, φ_ENW, φ_ANW, p_s) P4 = KR_P4(n, φ_ENW, φ_ANW, p_s) P5 = KR_P5(n, φ_ENW, φ_ANW, p_s), entnommen werden. Damit kann die Masse einer bzw. jeder Füllungskomponente schnell und ohne großen Rechenaufwand bestimmt werden.
Der Saugrohrdruck kann eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung von Mengen von Füllungskomponenten spielen. Unter Umständen kann es daher günstig sein, aufgrund der starken Beeinflussung der Mengen der Füllungskomponenten von dem Saugrohrdruck eine Basisfunktion in Abhängigkeit sowohl des Abgasgegendrucks als auch des Saugrohrdrucks zur Verfügung zu stellen. Dazu kann beispielsweise eine Datenbasis mit Messdaten und Simulationsdaten betreffend die Menge einer oder jeder der Füllungskomponenten in Abhängigkeit des Abgasgegendrucks im Auslasskanal und des Saugrohrdrucks im Saugrohr bereitgestellt werden. Auf Basis dieser Datenbasis kann eine Basisfunktion bestimmt werden, die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente sowohl vom Abgasgegendruck als auch vom Saugrohrdruck qualitativ beschreibt.
Für eine Frischluftmasse m_fl kann die Basisfunktion beispielsweise folgender Gleichung folgen:
wobei p_s der Saugrohrdruck, p_ag der Abgasgegendruck und S1, S21, S23, S24, S25, S26, S31, S33, S34, S35, S51, S53, S54, S55 und S4 variable Parameter sind. Entsprechende Basisfunktionen in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck und vom Saugrohrdruck lassen sich auch für eine Restgasmasse und für eine Spülluftmasse finden. Die jeweiligen Basisfunktionen können mehrere variable Parameter enthalten. Die variablen Parameter, die durch die Anpassung der Basisfunktion erhalten wurden, und gegebenenfalls solche, die aus den aus der Anpassung erhaltenen Parametern abgeschätzt wurden, können wiederum in Kennräumen abgelegt werden, sodass zur Modellierung letztlich nur die jeweiligen Parameter aufgerufen werden müssen und nicht die zugrundeliegenden Datensätze gespeichert werden müssen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine. Die Vorrichtung kann zum Beispiel zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Die Vorrichtung ist so ausgestaltet, dass die Füllung eines Zylinders, der über ein Einlassventil mit dem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist, erfassbar ist. Die Vorrichtung enthält eine Schnittstelle, wie z.B. eine Hardwareschnittstelle, zum Bereitstellen einer Datenbasis, die so ausgebildet ist, dass eine Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks im Auslasskanal bereitstellbar ist. Dieser Datensatz enthält Messdaten, die an einem Prüfstand gemessen sind, und Simulationsdaten, die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind. Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer Basisfunktion, die derart ausgebildet ist, dass eine Basisfunktion, die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck qualitativ beschreibt, bestimmbar ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Korrektureinheit zum Anpassen der Basisfunktion an Daten der Datenbasis, die so ausgebildet ist, dass die Basisfunktion an zumindest den einen Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion anpassbar ist. Die Bestimmungseinheit und die Korrektureinheit können elektronische Bauteile aufweisen, wie einen Mikroprozessor, einen Datenspeicher und dergleichen. In manchen Ausführungsbeispielen können die Bestimmungseinheit und die Korrektureinheit als ein einziger Prozessor verwirklicht sein.
Die Vorrichtung zur Füllungserfassung kann zur Bestimmung einer Menge einer oder mehrerer Füllungskomponenten wie z.B. einer Frischluftmenge, einer Restgasmenge, einer Spülluftmenge und/oder einer Menge einer zusätzlichen Füllungskomponente ausgebildet sein. Die Basisfunktion kann zum Beispiel eine Sigmoidfunktion sein, wie sie hinsichtlich des Verfahrens im Detail beschrieben wurde. Entsprechend können die Parameter der Basisfunktion abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere von einem Saugrohrdruck, einer Motordrehzahl, einer Steuerphase des Eingangsventils, einer Steuerphase des Auslassventils, einem Einlassventilhub, einem Auslassventilhub, einem Abgasgegendruck nach Abgasturbolader, einer Ansaug- und Abgastemperatur und/oder anderen füllungsbeeinflussenden Größen, sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Messeinheit zum Messen der Mengen der Füllungskomponente in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck an dem Prüfstand enthalten. Die Messeinheit kann ein Druckmessgerät sein. Die Messeinheit kann weiterhin eine Recheneinrichtung enthalten, um aus gemessenen Größen die als Messdaten verwendeten Mengen der Füllungskomponente zu berechnen. Diese Messeinheit kann über die Schnittstelle mit der Bestimmungseinheit und der Korrektureinheit der Vorrichtung verbunden sein, so dass Messdaten, die an dem Prüfstand gemessen werden oder berechnet werden, an die Bestimmungseinheit und die Korrektureinheit übertragen werden können. Alternativ können die Messdaten der an dem Prüfstand gemessen Mengen der Füllungskomponente oder der aus gemessenen Größen berechneten Mengen der Füllungskomponente auch aus einem Speicher, in den sie zuvor eingespeichert wurden, ausgelesen werden. Der Speicher, der als elektronischer Datenspeicher ausgebildet sein kann, kann in die Vorrichtung integriert sein oder als externer Speicher ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung weiterhin eine Simulationsvorrichtung zum Erzeugen von Simulationsdaten enthalten. Die Simulationsvorrichtung kann beispielsweise ein Prozessor sein, der mit einer Software zur Simulation, beispielsweise einer Software zur Ladungswechselrechnung, versehen ist. Die Software zur Ladungswechselrechnung kann beispielsweise die GT Power Engine Simulation Software der Firma Gamma Technologies sein. Alternativ oder zusätzlich können Simulationsdaten auch aus einem Speicher, insbesondere einem Datenspeicher, in den sie zuvor abgelegt wurden, abgerufen werden.
Die hinsichtlich des Verfahrens im Detail beschriebenen Merkmale bezüglich der Bestimmung der Basisfunktion und/oder der Bestimmung der variablen Parameter sowie bezüglich der Modellierung können entsprechend auf die Vorrichtung zur Füllungserfassung übertragen werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich für verschiedene Betriebszustände die variablen Parameter der Basisfunktion bestimmen und in geeigneter Art und Weise hinterlegen. Auf Basis dieser können Modelle der Mengen einer oder jeder Füllungskomponente erstellt werden, die die Menge der Füllungskomponente in Betriebszuständen, die weder durch Messungen noch Simulationen bestimmt werden können, darstellen. Damit können die die Füllung des Zylinders beeinflussenden Komponenten, beispielsweise die Ein- und Auslassventile sowie die Drosselklappe und der Turbolader einer Verbrennungskraftmaschine, optimal gesteuert werden, auch wenn Betriebszustände, die normalerweise gar nicht oder nur schwierig messbar oder simulierbar sind, betroffen sind. Die Modellierung der Mengen der Füllungskomponenten lässt sich somit flexibel gestalten und führt zu einer robusten, zuverlässigen Modellierung, die geeignet ist, den Entwicklungsprozess einer Verbrennungskraftmaschine zu optimieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Füllungserfassung;
2 Messdaten betreffend die Frischluftmasse in einem Zylinder;
3 eine graphische Darstellung einer Basisfunktion;
4A–4D den Einfluss der variablen Parameter auf den Graphen der Basisfunktion;
5 eine Darstellung von Messdaten, Simulationsdaten und der Basisfunktion;
6 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Füllungserfassung;
7 eine Verwendung der ermittelten Parameter der Basisfunktion;
8 Messdaten betreffend eine Restgasmasse;
9 eine Basisfunktion hinsichtlich der Restgasmasse;
10 Messdaten betreffend eine Spülluftmasse; und
11 eine Basisfunktion hinsichtlich der Spülluftmasse.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Füllungserfassung in einer Verbrennungskraftmaschine ist in den 1 bis 4D dargestellt. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Bestimmung einer Frischluftmasse in dem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine.
1 zeigt ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zur Füllungserfassung 10. In einem ersten Schritt 100 werden Messdaten der Frischluftmasse in Abhängigkeit von einem Abgasgegendruck bereitgestellt. Ein Beispiel für die Messdaten ist in 2 gezeigt. 2 zeigt Messwerte 30 der Frischluftmasse m_fl in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck p_ag für unterschiedliche Saugrohrdrücke p_s1 = 1400 mbar, p_s2 = 1600 mbar, p_s3 = 1800 mbar, p_s4 = 2200 mbar und p_s5 = 2600 mbar bei konstanter Drehzahl n = 1300 1/min und konstanter Stellung des Einlassventils bei –20°KW und des Auslassventile bei 5 °KW dar. Die Messwerte für jeweils einen konstanten Saugrohrdruck stellen einen Ausschnitt eines Datensatzes dar. Die Messwerte 30 bezüglich des gleichen Saugrohrdrucks zeigen ein flach abfallendes Plateau, das mit steigendem Saugrohrdruck zunehmend abfällt.
In einem weiteren Schritt 101 werden Simulationsdaten bereitgestellt. Die Simulationsdaten sind beispielsweise mit Hilfe von Ladungswechselrechnungen bestimmt. Das Bereitstellen der Messdaten 100 und das Bereitstellen der Simulationsdaten 101 führt zum Bereitstellen 102 einer Datenbasis, die Datensätze für unterschiedliche Betriebszustände, beispielsweise für unterschiedliche Saugrohrdrücke, betreffend die Frischluftmasse enthält. In 3 sind die Messdaten 30 (mit einem Kreuz gekennzeichnet) und die Simulationsdaten 31 (mit Punkten gekennzeichnet) eines Datensatzes als normierte Werte dargestellt, wobei diese für einen einzigen Saugrohrdruck bzw. einen einzigen Betriebszustand aufgenommen sind.
In Schritt 103 des Verfahrens wird eine Basisfunktion bestimmt, die qualitativ einen Verlauf abbildet, der dem in den Schritten 101 und 102 bestimmten Datensatz in 3 folgt. Die Basisfunktion kann beispielsweise eine Funktion entsprechend der Gleichung I sein.
Wie in 2 bereits angedeutet ist und durch die 4A–4D qualitativ dargestellt ist, ist die Form der Basisfunktion 20 abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, z.B. von dem Saugrohrdruck, der Drehzahl und der Steuerphase des Einlass- und des Auslassventils. Mit Bezug auf den durch die Gleichung I beschriebenen qualitativen Verlaufs zeigt 4A den Einfluss des Parameters P2 auf die Amplitude der Basisfunktion. Wie aus 4B hervorgeht, beschreibt der Parameter P4 die x-Verschiebung, d.h. die Verschiebung zu einen kleineren oder größeren normierten Abgasgegendruck. Die Parameter P3 und P5 bestimmen, wie in den 4C und 4D dargestellt, die obere bzw. die untere Krümmung der Sigmoidfunktion.
In einem Schritt 104 wird daher die Gleichung I an den Datensatz, wie in 3 dargestellt, angepasst. In einem optionalen anschließenden Schritt können die Parameter P2, P3, P4 und P5 beispielsweise in einem Speicher hinterlegt werden. Beispielsweise können die Parameter in 4D Kennräumen in Abhängigkeit von dem Saugrohrdruck, der Drehzahl, der Steuerphase des Einlassventils und der Steuerphase des Auslassventils abgelegt werden. Das Ablegen kann ergänzt sein durch eine Simulation der Parameter in Betriebszuständen, die weder durch die Messung am Prüfstand noch durch Simulationsdaten zugänglich sind.
Zur Verdeutlichung der Abhängigkeit der Frischluftmasse vom Betriebszustand, beispielsweise vom Saugrohrdruck, ist in 5 eine dreidimensionale Darstellung der Frischluftmasse m_fl in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck p_s und vom Abgasgegendruck p_ag dargestellt. Die Messdaten 30 und die Simulationsdaten 31 sind in einem recht engen Bereich gemessen bzw. berechnet, da andere Betriebszustände gar nicht oder nur schwierig zugänglich sind. Die Basisfunktion 20 bzw. die Sigmoidfunkion ist an die Messwerte 30 und die Simulationswerte 31 angepasst. Es ist erkennbar, dass sich die Form der Sigmoidfunktion 20 und damit die Parameter P2, P3, P4 und P5 in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck p_s nicht vernachlässigbar ändern. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, die Frischluftmasse m_fl auch für solche Betriebszustände analytisch zu modellieren, die nicht ohne Weiteres anderweitig zugänglich, d.h. messbar bzw. simulierbar, sind.
6 zeigt nun eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Füllungserfassung, beispielsweise zur Bestimmung der Frischluftmasse m_fl in einem Zylinder. Die Vorrichtung 4 enthält eine Schnittstelle 40 zum Bereitstellen einer Datenbasis, wie sie hinsichtlich 1 bereits beschrieben wurde. Dazu enthält die Vorrichtung 4 beispielsweise eine Messeinheit 41 zum Messen der Frischluftmasse m_fl an einem Prüfstand und/oder eine Simulationsvorrichtung 42 zum Erzeugen von Simulationsdaten bezüglich der Frischluftmasse m_fl und/oder mindestens einen Speicher 43, in dem Messdaten und/oder Simulationsdaten hinterlegt sind. Die Vorrichtung 4 enthält zudem eine Bestimmungseinheit 44 zum Bestimmen einer Basisfunktion 20, die die Abhängigkeit der Masse der Frischluftmasse vom Abgasgegendruck p_ag qualitativ beschreibt. Weiterhin enthält die Vorrichtung eine Korrektureinheit 45 zum Anpassen der Basisfunktion 20 an zumindest den einen Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von Parametern der Basisfunktion 20. Die Vorrichtung 4 kann zudem einen Speicher 46 zum Ablegen der variablen Parameter der Basisfunktion enthalten. Optional kann die Vorrichtung 4 auch eine Bearbeitungsvorrichtung 47 enthalten, die die variablen Parameter der Basisfunktion beispielsweise in vierdimensionalen Kennräumen ablegt und/oder für unterschiedliche Betriebszustände, die messtechnisch und/oder simulationstechnisch nicht anfahrbar sind, berechnet. Die Bearbeitungsvorrichtung 47 kann mit dem Speicher 46 verbunden sein, um die entsprechenden Kennräume und/oder Extrapolationsdaten zu speichern.
Sind die Parameter P2, P3, P4 und P5 in Kennräumen 50 hinterlegt, so kann später auf diese zurückgegriffen werden, um für bestimmte Betriebszustände den optimalen Verlauf der Frischluftmasse bestimmen zu können. Entsprechendes ist schematisch in der 7 gezeigt.
Das in 1 dargestellte Verfahren 10 und die in 6 dargestellte Vorrichtung 40 wurde bisher lediglich hinsichtlich der Bestimmung der Frischluftmasse m_fl beschrieben. Analog kann mit Hilfe eines entsprechenden Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung auch die Restgasmasse m_rg bestimmt werden. Dazu werden die in 8 dargestellten Messwerte 30 aufgenommen und zudem Simulationsdaten bereitgestellt. 8 zeigt die Messwerte 30 der Restgasmasse m_rg in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck p_agg für unterschiedliche Saugrohrdrücke p_s1 = 1400 mbar, p_s2 = 1600 mbar, p_s3 = 1800 mbar, p_s4 = 2200 mbar und p_s5 = 2600 mbar bei konstanter Drehzahl n = 1300 1/min und konstanter Stellung des Einlassventils bei –20°KW und des Auslassventile bei 15 °KW. Die Messdaten 30 und die Simulationsdaten 31 sind in 9 in normierter Form dargestellt. Die Messwerte 30 bezüglich des gleichen Saugrohrdrucks zeigen ein leicht ansteigendes Plateau, das mit steigendem Saugrohrdruck in einen Anstieg übergeht. Zudem zeigt 9 die qualitative Form des Verlaufs der Basisfunktion 20 für die Restgasmasse m_rg. Diese muss jedoch noch an die tatsächlichen Daten (Messdaten 30 und Simulationsdaten 31) angepasst werden, was mit Hilfe einer Parameteranpassung erfolgt. Die in 9 dargestellte Basisfunktion 20 lässt sich beispielsweise durch die Gleichung IV beschreiben, wobei die Parameter Q2, Q3, Q4 und Q5 die Form, insbesondere die Amplitude, die X-Verschiebung und die Krümmung der oberen und unteren Krümmung in Abhängigkeit vom Betriebszustand bestimmen.
Entsprechend kann das Verfahren in 1 bzw. die Vorrichtung in 6 auch für die Berechnung der Spülluftmasse m_sl eingesetzt werden. In Analogie zu den Messwerten der Frischluftmasse in 2 und den Messwerten der Restgasmasse in 8 sind in 10 Messwerte der Spülluftmasse m_sl in Abhängigkeit vom Abgasgegendruck p_ag für unterschiedliche Saugrohrdrücke p_s1 = 1400 mbar, p_s2 = 1600 mbar, p_s3 = 1800 mbar, p_s4 = 2200 mbar und p_s5 = 2600 mbar bei konstanter Drehzahl n = 1300 1/min und konstanter Stellung des Einlassventils bei –20°KW und des Auslassventile bei 5 °KW dargestellt. Die Messwerte 30 bezüglich des gleichen Saugrohrdrucks zeigen mit steigendem Saugrohrdruck ein Gefälle entlang einer bestimmten Krümmung. Werden die Simulationswerte zudem in Betracht gezogen, zeigt sich der in 11 dargestellte qualitative Verlauf, der durch die Gleichung VI wiedergegeben werden kann. Die Gleichung VI zeigt letztlich zwei ineinander übergehende S-Funktionen. Die variablen Parameter R1, R2, R3, R4 und R5 der Gleichung VI sind wiederum abhängig von den Betriebszuständen und können auf Basis verschiedener Datensätze ermittelt und abgeschätzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Füllungserfassung eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine lässt sich somit auf die Bestimmung der Massen jeder der Füllungskomponenten, also der Frischluftmasse, der Restgasmasse und/oder der Spülluftmasse, anwenden und/oder beliebig kombinieren.
Bezugszeichenliste

10: Verfahren zur Füllungserfassung
100: Bereitstellen von Messdaten
101: Bereitstellen von Simulationsdaten
102: Bereitstellen der Datenbasis
103: Bestimmen der Basisfunktion
104: Anpassen der Basisfunktion
20: Basisfunktion
30: Messwerte
31: Simulationswerte
4: Vorrichtung zur Füllungserfassung
40: Schnittstelle
41: Messeinrichtung
42: Simulationsvorrichtung
43: Speicher für Messwerte und/oder Simulationsdaten
44: Bestimmungseinheit
45: Korrektureinheit
46: Speicher für Parameter
47: Bearbeitungsvorrichtung
50: Kennraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4325902 A1 [0003]
DE 10249342 A1 [0004]

Claims

Verfahren (10) zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist, mit den Schritten: Bereitstellen (102) einer Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks (p_ag) im Auslasskanal, wobei der Schritt des Bereitstellens (102) der Datenbasis enthält: Bereitstellen (100) von Messdaten (30), die an einem Prüfstand gemessen sind, und Bereitstellen (101) von Simulationsdaten (31), die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind, Bestimmen (103) einer Basisfunktion (20), die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck (p_ag) qualitativ beschreibt, und Anpassen (104) der Basisfunktion (20) an den Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion (20).
Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei die Menge der Füllungskomponente eine Masse der Frischluftkomponente oder ein Volumen der Frischluftkomponente ist.
Verfahren (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Masse der Füllungskomponente eine Frischluftmasse, Restgasmasse oder eine durchgespülte Luftmasse ist.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen (100) von Messdaten das Messen von Mengen der Füllungskomponente an dem Prüfstand und/oder das Abrufen von gespeicherten Messdaten zur Füllungskomponente, die an dem Prüfstand gemessen wurden, enthält und/oder wobei das Bereitstellen (101) von Simulationsdaten das Berechnen von Simulationsdaten auf Basis der Ladungswechselrechnung enthält.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisfunktion (20) einen ersten Kurvenabschnitt, einen zweiten Kurvenabschnitt und mindestens zwei gekrümmte Kurvenabschnitte, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kurvenabschnitt angeordnet sind, enthält, wobei die Basisfunktion (20) in dem ersten und dem zweiten Kurvenabschnitt einer konstanten Funktion folgt.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisfunktion (20) eine Sigmoidfunktion ist.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenbasis die Menge der Füllungskomponente betreffend unterschiedliche Datensätze enthält und wobei die variablen Parameter der Basisfunktion (20) für jeden Datensatz bestimmt werden, wobei die variablen Parameter der Basisfunktion (20) insbesondere von einem Saugrohrdruck, einer Motordrehzahl, einer Steuerphase des Einlassventils, einer Steuerphase des Auslassventils, einem Einlassventilhub, und/oder einem Auslassventilhub der Verbrennungskraftmaschine, abhängig sind.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bestimmten variablen Parameter der Basisfunktion (20) für unterschiedliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine hinterlegt werden.
Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messdaten (30) und Simulationsdaten (31) betreffend die Menge der Füllungskomponente der Datenbasis auch von einem Saugrohrdruck (p_s) im Saugrohr abhängen und wobei eine Basisfunktion (20), die auch die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Saugrohrdruck (p_s) qualitativ beschreibt, bestimmt wird.
Vorrichtung (4) zur Füllungserfassung in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Ausführen des Verfahrens (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinder über ein Einlassventil mit einem Saugrohr und über ein Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden ist, mit einer Schnittstelle (40) zum Bereitstellen einer Datenbasis mit einem Datensatz betreffend eine Menge einer Füllungskomponente in Abhängigkeit eines Abgasgegendrucks (p_ag) im Auslasskanal, wobei der Datensatz Messdaten (30), die an einem Prüfstand gemessen sind, und Simulationsdaten (31), die mittels einer Ladungswechselrechnung berechnet sind, enthält, einer Bestimmungseinheit (44) zum Bestimmen einer Basisfunktion (20), die die Abhängigkeit der Menge der Füllungskomponente vom Abgasgegendruck qualitativ beschreibt, und einer Korrektureinheit (45) zum Anpassen der Basisfunktion (20) an den Datensatz der Datenbasis durch geeignete Wahl von variablen Parametern der Basisfunktion (20).
Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (10) ferner eine Messeinheit (41) zum Messen der Mengen der Füllungskomponente an dem Prüfstand und/oder eine Simulationsvorrichtung (42) zum Erzeugen der Simulationsdaten (31) enthält.