DE102015215364A1 - Method and device for determining the temperature of an upper side of a piston in a cylinder of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Oberseite eines Kolbens in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders basierend auf der Temperatur des Abgases an einem Auslassventil des Zylinders bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Vorrichtung ermöglichen eine vereinfachte und genauere Bestimmung der Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders aus der Temperatur des Abgases des Zylinders.The invention relates to a method for determining the temperature of an upper side of a piston in a cylinder of an internal combustion engine. According to the invention it is provided that the temperature of the top of the piston of the cylinder is determined based on the temperature of the exhaust gas at an outlet valve of the cylinder. The invention further relates to a device for carrying out the method. Method and apparatus allow a simplified and more accurate determination of the temperature of the top of the piston of the cylinder from the temperature of the exhaust gas of the cylinder.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Oberseite eines Kolbens in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for determining the temperature of an upper side of a piston in a cylinder of an internal combustion engine.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Oberseite eines Kolbens in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, wobei eine Steuereinheit zur Erfassung von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und zur Steuerung und Regelung einer Kraftstoffdosierung und eines Zeitablaufs einer Fremdzündung vorgesehen ist.The invention further relates to a device for determining the temperature of an upper side of a piston in a cylinder of an internal combustion engine, wherein a control unit for detecting operating data of the internal combustion engine and for controlling and regulating a fuel metering and a time lapse of a spark ignition is provided.
Die Temperaturen im Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine sind wichtige Eingangsgrößen bei einer Modellierung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Abgases der Brennkraftmaschine. Durch eine Verschärfung der die Zusammensetzung der Abgase betreffenden Gesetze steigt die Notwendigkeit, die Reaktionen bei der Verbrennung genauer zu bestimmen, weiter an. Eine für die Temperaturen im Brennraum des Zylinders wichtige Einflussgröße ist die Temperatur der Oberseite des Kolbens im Zylinder. Die Kenntnis dieser Temperatur ermöglicht eine Verbesserung der Verbrennungsregelung zur Verminderung der von der Brennkraftmaschine erzeugten unerwünschten Abgasbestandteile. Für die Bestimmung der Temperatur des Kolbens gibt es nach dem Stand der Technik die Möglichkeit, diese durch Temperatursensoren in der Nähe der Oberseite des Kolbens zu bestimmen oder die Temperatur aus einem Modell auf Basis der Eingangsgrößen der Verbrennung zu bestimmen.The temperatures in the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine are important input variables in a modeling for determining a composition of an exhaust gas of the internal combustion engine. By tightening the laws concerning the composition of the exhaust gases, the need to further determine the combustion reactions increases further. An important factor for the temperatures in the combustion chamber of the cylinder is the temperature of the top of the piston in the cylinder. The knowledge of this temperature allows an improvement of the combustion control for reducing the undesirable exhaust gas components produced by the internal combustion engine. For the determination of the temperature of the piston, it is possible in the prior art to determine these by means of temperature sensors in the vicinity of the top of the piston or to determine the temperature from a model on the basis of the input variables of the combustion.
Die
- – und ein Einspritzungszeitpunkt, der dem Zylinder zugeordnet ist, ein Einspritzungsdruck, der dem Zylinder zugeordnet ist, ein Einspritzungsort, der dem Zylinder zugeordnet ist, und/oder eine Anzahl von Einspritzungen pro Motorzyklus, die dem Zylinder zugeordnet ist, basierend auf der Kolbentemperatur gesteuert werden. Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 wird die Kolbentemperatur basierend auf einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis und ferner basierend auf einer Einlasslufttemperatur, einer Motorkühlmitteltemperatur und einem Zündfunkenzeitpunkt geschätzt..
- And an injection timing associated with the cylinder, an injection pressure associated with the cylinder, an injection location associated with the cylinder, and / or a number of injections per engine cycle associated with the cylinder based on the piston temperature become. According to claims 4 and 5, the piston temperature is estimated based on an engine speed, an engine load and an air / fuel ratio and further based on an intake air temperature, an engine coolant temperature and a spark timing.
Nachteilig an den bekannten Modellen zur Bestimmung der Temperatur der Oberseite des Kolbens im Zylinder einer Brennkraftmaschine aus den Eingangsgrößen der Verbrennung ist, dass sie kompliziert aufgebaut sind und nur schwer zu applizieren sind. Eine Messung der Temperatur der Oberseite des Kolbens ist möglich, jedoch mit erheblichen Kosten verbunden und daher für einen Einsatz in einer Serienproduktion nicht geeignet.A disadvantage of the known models for determining the temperature of the top of the piston in the cylinder of an internal combustion engine from the input variables of the combustion is that they are complicated and difficult to apply. A measurement of the temperature of the top of the piston is possible, but associated with considerable costs and therefore not suitable for use in a series production.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es ermöglicht wird, einen möglichst genauen Wert der Temperatur der Oberseite des Kolbens im Zylinder einer Brennkraftmaschine zu bestimmen.It is therefore an object of the invention to provide a method with which it is possible to determine the most accurate possible value of the temperature of the top of the piston in the cylinder of an internal combustion engine.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device for carrying out the method.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders basierend auf der Temperatur des Abgases an dem Auslassventil des Zylinders bestimmt wird. Die Verwendung der Abgastemperatur in der Nähe des Auslassventils ermöglicht eine gegenüber derzeitigen modellbasierten Verfahren vereinfachte und genauere Bestimmung der gesuchten Temperatur. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren einfacher und genauer auf unterschiedliche Typen und Ausführungen von Brennkraftmaschinen anpassbar („applizierbar“). Es kann vorgesehen sein, das Verfahren für einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine durchzuführen. Auch kann ein Mittelwert über die Temperaturen an einigen oder allen Auslassventilen als repräsentativ zur Bestimmung der Temperatur an der Oberfläche der Kolben herangezogen werden. Die so bestimmte Kolbentemperatur ermöglicht eine Verbesserung der Verbrennungsregelung zur Verminderung der von der Brennkraftmaschine erzeugten unerwünschten Abgasbestandteile.The object of the invention relating to the method is solved by determining the temperature of the top of the piston of the cylinder based on the temperature of the exhaust gas at the exhaust valve of the cylinder. The use of exhaust gas temperature near the exhaust valve allows a simplified and more accurate determination of the temperature sought compared to current model-based methods. In particular, the method according to the invention is simpler and more precisely adaptable to different types and designs of internal combustion engines ("applicable"). It may be provided to carry out the method for one or more cylinders of the internal combustion engine. Also, an average of the temperatures at some or all of the exhaust valves may be taken as representative of determining the temperature at the surface of the pistons. The so determined piston temperature allows an improvement of the combustion control to reduce the undesirable exhaust gas components generated by the internal combustion engine.
Im Unterschied zu dem in der
In Verfahrensvarianten wird die Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders basierend auf der aus einem Modell bestimmten Temperatur an dem Auslassventil oder basierend auf der mit einem Temperatursensor bestimmten Temperatur an dem Auslassventil bestimmt. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass aus einer modellierten gemittelten Temperatur in der Nähe aller Auslassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine die Oberseitentemperatur der Kolben bestimmt wird. Die Temperatur an dem Auslassventil („Zylinderaustrittstemperatur“) ist in der Regel gut bekannt, da sie bei der Applikation der Abgastemperaturen eine wichtige Rolle spielt.In method variants, the temperature of the top of the piston of the cylinder is determined based on the model-determined temperature at the exhaust valve or based on the temperature at the exhaust valve determined by a temperature sensor. In this case, it may be provided that the upper side temperature of the pistons is determined from a modeled averaged temperature in the vicinity of all the exhaust valves of the cylinder of the internal combustion engine. The temperature at the exhaust valve ("cylinder outlet temperature") is usually well known because it plays an important role in the application of exhaust gas temperatures.
Wird ein zeitlicher Verlauf der Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine bestimmt, kann die Qualität der Verbrennungsregelung der Brennkraftmaschine weiter verbessert werden.If a time characteristic of the temperature of the top of the piston of the cylinder during a work cycle of the internal combustion engine is determined, the quality of the combustion control of the internal combustion engine can be further improved.
Wird bei der Bestimmung der Temperatur der Oberseite des Kolbens eine Motoröltemperatur und/oder ein Motoröldruck und/oder eine Motortemperatur und/oder ein Zündzeitpunkt berücksichtigt, kann die Bestimmung der Temperatur der Oberseite des Kolbens weiter verbessert und plausibilisiert werden.If an engine oil temperature and / or an engine oil pressure and / or an engine temperature and / or an ignition point are taken into account in determining the temperature of the top of the piston, the determination of the temperature of the top of the piston can be further improved and made plausible.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Temperatursensor oder ein Rechenmodell zur Bestimmung der Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine an zumindest einem Auslassventil des Zylinders vorgesehen ist und dass in der Steuereinheit ein Schaltkreis oder Programmablauf zur Bestimmung der Temperatur der Oberseite des Kolbens des Zylinders aus der Temperatur des Abgases an dem Auslassventil des Zylinders vorgesehen ist. Ein solcher Schaltkreis oder Programmablauf ermöglicht eine vereinfachte Bestimmung der Kolbentemperatur als Eingangsgröße für eine verbesserte Verbrennungsregelung. Hierbei kann aus dem Temperaturwert an einem Auslassventil repräsentativ für alle Zylinder deren Kolbentemperatur bestimmt werden oder es kann für jeden Zylinder aus der Temperatur am Auslassventil eine individuelle Kolbentemperatur bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, einen Mittelwert der Temperaturen an den Auslassventilen zu bestimmen und als repräsentativ für alle Zylinder zugrunde zu legen. Die Temperatur des Abgases am Auslassventil kann mittels eines oder mehrerer Temperatursensoren oder mittels eines Rechenmodells aus Betriebsdaten der Brennkraftmaschine bestimmt werden.The object of the invention relating to the device is achieved in that a temperature sensor or a computer model for determining the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is provided on at least one exhaust valve of the cylinder and in that in the control unit, a circuit or program sequence for determining the temperature of the top of the piston of the cylinder is provided from the temperature of the exhaust gas to the exhaust valve of the cylinder. Such a circuit or program flow allows a simplified determination of the piston temperature as an input for improved combustion control. In this case, the piston temperature can be determined from the temperature value at an outlet valve representative of all cylinders, or an individual piston temperature can be determined for each cylinder from the temperature at the outlet valve. It may also be provided to determine an average of the temperatures at the exhaust valves and to be taken as representative of all cylinders. The temperature of the exhaust gas at the outlet valve can be determined by means of one or more temperature sensors or by means of a computer model from operating data of the internal combustion engine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figure. It shows:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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