DE102016218321A1

DE102016218321A1 - Verfahren und Steuergerät zum Ermitteln von Verbrennungslagen eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102016218321A1
Application number: DE102016218321.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fischer; David GAENZLE; Jian Wu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018054872A1

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Ermitteln von Verbrennungslagen in einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor, wobei eine Verbrennungslage einer aktuellen Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders in einem Arbeitszyklus aus Betriebsparametern des Verbrennungsmotors berechnet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein aus einer Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders resultierendes Verbrennungsmoment (62) ermittelt wird und dass dieses Verbrennungsmoment (62) über einen Kurbelwellenwinkelbereich integriert wird. Die Verbrennungslage wird als der Kurbelwellenwinkelwert bestimmt, bei dem der zugehörige Wert des Integrals einen vorbestimmten Bruchteil des maximalen Werts des Integrals erreicht. Das Verbrennungsmoment (62) wird durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (58) des n-ten Zylinders von einem Gasmoment (52) des n-ten Zylinders bestimmt, und das Gasmoment (52) des n-ten Zylinders wird durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (58) des in der Zündfolge nächsten Zylinders von einem Gasmoment (60) des gesamten Verbrennungsmotors (10) bestimmt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Verbrennungslagen von Verbrennungen von Brennraumfüllungen in einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät. Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät sind aus der DE 10 2012 203 671 A1 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird eine Verbrennungslage einer aktuellen Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders in einem Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors aus einem Merkmal hergeleitet, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert. Bei der Berechnung wird nach Absatz 53 dieser Veröffentlichung eine Besonderheit eines einzylindrigen Verbrennungsmotors ausgenutzt. Nach Absatz 45 dieser Veröffentlichung ist das bekannte Verfahren auch für zweizylindrige Verbrennungsmotoren, insbesondere für solche mit symmetrischem Zündabstand geeignet.
Offenbarung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in ihren Verfahrensaspekten dadurch, dass ein aus einer Verbrennung einer Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders resultierendes Verbrennungsmoment ermittelt wird und dass dieses Verbrennungsmoment über einen Kurbelwellenwinkelbereich integriert wird, der bei einem Kurbelwellenwinkelwert beginnt, in dem das letzte offene Einlassventil des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors auf den n-ten Zylinder folgenden nächsten Zylinders schließt, und der im oder vor dem nächsten unteren Totpunkt des n-ten Zylinders endet, dass ein maximaler Wert des Integrals ermittelt wird und dass die Verbrennungslage als der Kurbelwellenwinkelwert bestimmt wird, bei dem der zugehörige Wert des Integrals einen vorbestimmten Bruchteil des maximalen Werts des Integrals erreicht, wobei das Verbrennungsmoment durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes des n-ten Zylinders von einem Gasmoment des n-ten Zylinders bestimmt wird, und wobei das Gasmoment des n-ten Zylinders durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors nächsten Zylinders des Verbrennungsmotors von einem Gasmoment des gesamten Verbrennungsmotors bestimmt wird.
Diese Merkmale ermöglichen eine drehwinkelbasierte Schätzung der Verbrennungslage in einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern. Die Erfindung erlaubt insbesondere eine Schätzung der Verbrennungslage aus der Drehzahl (bzw. aus dem Drehwinkel) im Warmlauf bei Verbrennungslagen später als 50° Kurbelwellenwinkel nach Zünd OT eines Benzinmotors. Gleichzeitig kann die Motorreibung bei offener Kupplung (z.B. Leerlauf und Warmlauf) bzw. Motor- oder Fahrzeuglast bei geschlossener Kupplung aus der Drehzahl, bzw. aus dem Drehwinkel geschätzt werden. Überlagerungseinflüsse aus den Nachbarzylindern werden bei der erfindungsgemäßen Verbrennungslageschätzung und Identifizierung der Motorreibung bzw. der Motorlast eliminiert.
Somit ist es möglich, eine präzise, drehzahlbasierte Bestimmung der Verbrennungslage für einen Mehrzylindermotor durchführen zu können. Die Erfindung benötigt keine zusätzliche Hardware, weil die für die Drehwinkel/Drehzahlerfassung erforderliche Sensorik bei modernen Verbrennungsmotoen bereits vorhanden ist. Das Verfahren ist sowohl für Fahrzeuge mit konventionellem Schwungrad als auch für Fahrzeuge mit einem Zweimassenschwungrad geeignet. Die präzise bestimmte Verbrennungslage bzw. Motorlastidentifizierung bietet diverse Vorteile, um die Motorsteuerung zu optimieren. Die ermöglicht z.B. eine Reduzierung der HC-Emissionen im Warmlauf.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment des n-ten Zylinders in Abhängigkeit von einem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des n-ten Zylinders bestimmt wird.
Weiter ist bevorzugt, dass der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des n-ten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des n-ten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des n-ten Zylinders, einem vom aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des n-ten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird.
Bevorzugt ist auch, dass das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment des nächsten Zylinders in Abhängigkeit von dem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des nächsten Zylinders bestimmt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des nächsten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des nächsten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des nächsten Zylinders, und einem vom gerade aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des nächsten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird.
Bevorzugt ist auch, dass das Gasmoment des Gesamtmotors aus einem kurbelwellenwinkelabhängig variablen Wert eines Gaswechselmomentes des Verbrennungsmotors und einem für einen Totpunkt des Verbrennungsmotors bestimmten Wert des Gaswechselmomentes berechnet wird.
Weiter ist bevorzugt, dass der vorbestimmte Bruchteil die Hälfte ist.
Hinsichtlich ihrer Vorrichtungsaspekte unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Steuergeräts zeichnet sich dadurch aus, dass es zum Steuern des Ablaufs von wenigstens einer der oben genannten Ausgestaltungen des Verfahrens eingerichtet ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 eine Ansicht eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern;
2 einen Schnitt durch einen der Zylinder des Verbrennungsmotors aus der 1 zusammen mit Sensoren, Stellgliedern und einem Steuergerät;
3 eine Verbrennungslage als zu einem mittleren Wert eines Integrals eines Verbrennungsmomentes zugehöriger Drehwinkelwert;
4 Drehzahlwerte einer Kurbelwelle und einen tiefpassgefilterten Verlauf der Drehzahlwerte;
5 einen aus dem tiefpassgefilterten Verlauf der 4 berechneten Verlauf des Gasmomentes des Verbrennungsmotors;
6 Gasmomente einzelner Zylinder und des gesamten Verbrennungsmotors;
7 verschiedene Momente in einer Übersicht; und
8 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit N = 4 Zylindern 1, 2, 3 und 4. Der Verbrennungsmotor weist an seiner Kraftabgabeseite eine Schwungscheibe 11 und an seiner der Kraftabgabeseite gegenüberliegenden Seite ein mit Winkelmarkierungen versehenes Geberrad 13 auf. Die Winkelmarkierungen laufen bei einer Drehung der Kurbelwelle 15 des Verbrennungsmotors 10 an dem Drehwinkelsensor 28 vorbei und erzeugen dabei ein elektrisches Signal in dem Drehwinkelgeber, in dem sich die Winkelmarkierungen abbilden. Das elektrische Signal wird an ein Steuergerät 12 übergeben.
2 zeigt einen Schnitt durch den Verbrennungsmotor 10 aus der 1, der durch den Zylinder 3 hindurchgeht, zusammen mit einem Steuergerät 12 und verschiedenen Sensoren und Stellgliedern. Der Brennraum 14 des Zylinders 3 wird über wenigstens ein Einlassventil 16 mit Luft aus einem Ansaugsystem 18 befüllt. Der Luftfüllung des Brennraums 14 wird über ein Einspritzventil 20 Kraftstoff zugemessen. Die resultierende Brennraumfüllung aus Luft und Kraftstoff wird durch Selbstzündung oder durch eine Zündvorrichtung 22, beispielsweise eine Zündkerze, fremdgezündet. Die verbrannten Restgase werden über ein Auslassventil 24 in ein Abgassystem 26 ausgestoßen.
Das Einlassventil 16 wird von einem Einlassventilstellglied betätigt und das Auslassventil 24 wird von einem Auslassventilstellglied betätigt. Bei dem Verbrennungsmotor 10 handelt es sich um einen Vier-Takt-Motor, der mit einem Otto-Brennverfahren oder einem Diesel-Brennverfahren arbeitet. Der Drehwinkelgeber 28 erfasst die Position der Kurbelwelle 15 des Verbrennungsmotors 10. Ein weiterer Sensor 30 liefert eine Information darüber, ob sich ein bestimmter Zylinder, hier der Zylinder mit der Nr. 3, in einer ersten Hälfte oder einer zweiten Hälfte seines zwei Kurbelwellenumdrehungen umfassenden Arbeitszyklusses befindet. Der Sensor 30 ist z.B. ein Sensor, der eine Drehposition einer als Einlassventilstellglied und/oder als Auslassventilstellglied dienenden Nockenwelle 31 erfasst. Zusammen mit dem Kurbelwellen-Drehwinkelgeber 28 liefert der Sensor 30 damit Signale an das Steuergerät 12, mit dem dieses die Winkelposition (Phasenwinkel) der Kurbelwelle 15 für jeden Zylinder in seinem jeweiligen, einen Phasenwinkelbereich von 0° bis 720° umfassenden Arbeitszyklus ermitteln kann. Ein Fahrerwunschgeber 32 übermittelt dem Steuergerät 12 die Drehmomentanforderung durch den Fahrer. Ein Luftmengenstellglied 34, das beispielsweise eine elektrisch verstellbare Drosselklappe im Ansaugsystem 18 ist, wird vom Steuergerät 12 so eingestellt, dass sich zusammen mit anderen Stellgrößen, wie einer über das Einspritzventil 22 einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einem Zündzeitpunkt, das gewünschte Drehmoment einstellt. Wenigstens ein Abgassensor 36 übermittelt dem Steuergerät Signale über die Zusammensetzung des Abgases. Ein Saugrohrdrucksensor 38 stellt dem Steuergerät 12 ein Saugrohrdrucksignal zur Verfügung. Alternativ kann auch ein Luftmassenmesser vorhanden sein, der das Steuergerät 12 zusammen mit weiteren Größen wie dem Drosselklappenöffnungswinkel und der Drehzahl in die Lage versetzt, den Saugrohrdruck rechnerisch zu ermitteln.
3 zeigt einen Verlauf des Integrals I des Verbrennungsmoments eines einzelnen Zylinders des Verbrennungsmotors 10 in Joule in Abhängigkeit vom Drehwinkel °KW der Kurbelwelle. Der einzelne Zylinder soll hier der Zylinder mit der Nummer n = 3 sein. Es könnte sich aber auch um jeden anderen Zylinder des Verbrennungsmotors 10 handeln. Das Verbrennungsmoment ist bei der vorliegenden Erfindung das um Einflüsse anderer Zylinder und um den Einfluss des eigenen Kompressionsmomentes des betreffenden Zylinders bereinigte Moment. Das Integral I des Verbrennungsmomentes M_{verbrennung,einzeln} gibt die bei der Verbrennung der Füllung des dritten Zylinders mit Kraftstoff/Luft-Gemisch freigesetzte Energie E_{verbrennung,einzeln}(φ) an und kann mit Gleichung (1) berechnet werden: I = E_{verbrennung,einzeln}(φ) = ∫ φ2 / φ1M_{verbrennung,einzeln}dφ (1)
Die Verbrennungslage VL ist der Drehwinkelwert, bei dem der Wert des Integrals I ein definierter Bruchteil dieses Energiebeitrages ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Bruchteil die Hälfte.
Zur Berechnung der Verbrennungslage VL aus dem von der Zeit t abhängigen Drehwinkel φ(t), der vom Drehwinkelgeber 28 bereitgestellt und an das Steuergerät 12 übergeben wird, wird der Wert des Integrals I in einer bevorzugten Ausgestaltung für eine Vielzahl von zwischen einem Drehwinkel φ1 und einem Drehwinkel φ2 liegenden Stützstellen in Form von Drehwinkelwerten berechnet. Das Integrationsintervall erstreckt sich hier von φ1 = 180°KW (KW = Kurbelwellenwinkel) bis zum Drehwinkel φ2 = 330°KW. Der Drehwinkel φ1 entspricht dem oberen Totpunkt ZOT am Beginn des Verbrennungstaktes des betreffenden Zylinders, der hier der dritte Zylinder ist. Im allgemeinen entspricht φ1 dem Drehwinkel, bei dem das letzte noch offene Einlassventil des betreffenden Zylinders schließt, und φ2 ist zum Beispiel der Drehwinkel, bei dem das erste Auslassventil des betreffenden Zylinders öffnet.
4 zeigt einen gestrichelten Verlauf 40 von Drehzahlwerte n_mot, die aus gemessenen Drehwinkelwerten berechnet worden sind, und, als durchgezogene Linie, einen tiefpassgefilterten Verlauf 42 der Drehzahl n_mot über dem Drehwinkelintervall von 180° KW bis 540° KW. Der Drehwinkelwert 180° KW entspricht dem oberen Totpunkt der Zündung im dritten Zylinder.
5 zeigt einen aus dem tiefpassgefilterten Verlauf 42 berechneten Verlauf des Wechselmoments M_W 44. Das Wechselmoment M_W ist der Anteil des gesamten Drehmoments des Verbrennungsmotors 10, der vom Motor-Getriebe-Verbund aufgenommen wird. Das dazu komplementäre statische Moment wird von den Motorlagern aufgenommen. Die Berechnung erfolgt nach der Gleichung (2) so, wie es aus der DE 10 2012 203 671 A1 für einen Einzylindermotor bekannt ist: M_W(φ) = Θ(φ)·φ .. + 1 / 2dΘ(φ) / d(φ)·φ .² (2)
Dabei ist Θ(φ) das totale Massenträgheitsmoment inklusive des kurbelwellenwinkelabhängigen oszillierenden Trägheitsmoments und des Trägheitsmomentes von Verbrennungsmotor 10 einschließlich Schwungscheibe 11 und ggf. dem gesamten Antriebsstrang bei geschlossener Kupplung. Der erste Summand auf der rechten Seite beschreibt das Drehmoment für Rotationsbeschleunigungen, und der zweite Summand auf der rechten Seite beschreibt das oszillierende Moment.
Es ist bekannt, dass das Wechselmoment die Differenz vom Gasmoment und Reibmoment bzw. Lastmoment ist. M_W(φ) = M_gas(φ) – M_reib(φ) – M_Last(φ) (3)
Bekannt ist auch, dass das Gasmoment in den Totpunkten gleich Null sein sollte (da der Hebelarm des Kurbeltriebs dort gleich Null ist). Somit ist der Offset |ΔM| des gerechneten Wechselmomentes bei ZOT = 180° KW das Motorreibmoment bei offener Kupplung, bzw. das Summenmoment von Motorreibung und Last bei geschlossener Kupplung. Somit wird das Reibmoment bzw. Lastmoment identifiziert. Unter der Annahme, dass die Motorreibung nicht winkelabhängig ist, lässt sich das Gasmoment des gesamten Verbrennungsmotors 10 durch parallele Verschiebung des gerechneten Wechselmoments nach oben um |ΔM| rekonstruieren. M_gas,rekon(φ) = M_W(φ) + |ΔM| (4)
Mit Gleichung (4) wird demnach das Gasmoment M_gas,rekon(φ) des Gesamtmotors aus einem kurbelwellenwinkelabhängig variablen Wert M_W(φ) eines Gaswechselmomentes des Verbrennungsmotors und einem für einen Totpunkt des Verbrennungsmotors bestimmten Wert |ΔM| des Gaswechselmomentes berechnet.
6 zeigt einen Verlauf des aus der Drehzahl gerechneten Gasmoments 46 des gesamten Verbrennungsmotors zusammen mit einem Verlauf 48 des Gasmoments des ersten Zylinders, einem Verlauf 50 des Gasmoments des zweiten Zylinders, einem Verlauf 52 des Gasmoments des dritten Zylinders und einem Verlauf 54 des Gasmoments des vierten Zylinders. Der vierte Zylinder ist der in der üblichen Zündfolge 1-3-4-2 auf den Zylinder 3 folgende, nächste Zylinder. Die Gasmomente der einzelnen Zylinder sind dabei zum Beispiel aus Zylinderdruckmessungen abgeleitet worden. Zylinderdruckmessungen sollen bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden.
Wie man leicht sieht, unterscheidet sich das Gasmoment 52 des dritten Zylinders im Kurbelwellenwinkelbereich zwischen etwa 260° und 360° deutlich vom Gasmoment 46 des Gesamtmotors. Wie man ebenfalls aus der 6 ablesen kann, ergibt sich dieser Unterschied aus dem Gasmoment 54 des in der Zündfolge als nächster Zylinder auf den Zylinder 3 folgenden Zylinders 4, der sich in dem genannten Winkelbereich in seiner Kompressionsphase befindet. Der Einfluss der beiden anderen Zylinder 1 und 2 ist dagegen in dieser Phase vernachlässigbar.
Um von dem Gasmoment 46 des gesamten Verbrennungsmotors zunächst zum Gasmoment 52 eines einzelnen n-ten Zylinders (hier ist n = 3) zu kommen, muss daher der Einfluss des Kompressionsmomentes M_komp,nächst(φ) des nächsten Zylinders (hier: Zylinder Nr. 4, Bezugszeichen 54 ermittelt werden. Dies geschieht bevorzugt mit der folgenden Gleichung (5):
Dabei sind die Konstanten A die Fläche des Kolbens, r der Radius der Kurbelkröpfung der Kurbelwelle und das sogenannte Schubstangenverhältnis des Kurbeltriebs. Gleichung 5 ist ein Beispiel dafür, wie das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment des nächsten Zylinders in Abhängigkeit von dem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des nächsten Zylinders bestimmt wird.
Der Kompressionsdruck P_komp,nächst(φ) ergibt sich zu:
Dabei ist p_Saugrohr = p₀ der Druck im nächsten Zylinder zum Zeitpunkt, zu dem das letzte noch offene Einlassventil des nächsten Zylinders schließt. V_ELS ist das Volumen des Zylinders zu diesem Zeitpunkt. Zu diesem Zeitpunkt, zu dem noch keine Kompression stattgefunden hat, ist
gleich 1 und das Kompressionsmoment entsprechend gleich Null. Die Konstante ist der Adiabatenexponent. Gleichung 7 ist damit ein Beispiel dafür, wie der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des nächsten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des nächsten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des nächsten Zylinders, und einem vom gerade aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des nächsten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird.
Das Gasmoment M_{gas,einzelnen}(φ) des einzelnen, n-ten Zylinder (hier: Zylinder Nr. 3, Bezugszeichen 52) ergibt sich dann nach Gleichung (7): M_{gas,einzelnen}(φ) = M_gas,rekon(φ) – M_komp,nächst(φ) (7)
Mit dem Ausrechnen der Gleichung 7 wird der Einfluss M_komp,nächst(φ) des nächsten Zylinders eliminiert.
Um das nur aus der Verbrennung der Zylinderfüllung des einzelnen, n-ten Zylinders resultierende Moment zu bestimmen, wird noch der Einfluss des Kompressionsmomentes M_komp,aktuell(φ) des einzelnen, n-ten Zylinders bestimmt. Dieser Einfluss basiert auf der Expansion des komprimierten Zylinderinhalts, der auch ohne Verbrennung ein Moment erzeugen würde. Dieses Moment soll aus der Berechnung der Verbrennungslage herausgerechnet werden. Die Bestimmung dieses Kompressionsmomentes P_komp,aktuell(φ) erfolgt ganz analog zu der Bestimmung des Kompressionsmomentes des nächsten Zylinders.
Gleichung 8 ist ein Beispiel dafür, wie das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment des n-ten Zylinders in Abhängigkeit von einem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des n-ten Zylinders bestimmt wird.
Gleichung 9 ist ein Beispiel dafür, wie der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des n-ten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des n-ten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des n-ten Zylinders, einem vom aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des n-ten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird. Der Saugrohrrohrdruck wird ebenfalls zum Zeitpunkt, beziehungsweise beim Drehwinkelwert des Schließens des letzten offenen Einlassventils des n-ten Zylinders (hier: bei 0°) erfasst.
Ein Unterschied in der Berechnung nach den Gleichungen 5 und 6 auf der eines Seite und den Gleichungen 8 und 9 auf der anderen Seite liegt in der Auswahl der Startwerte für den Saugrohrdruck und das Zylindervolumen zu dem Zeitpunkt, zu dem das letzte noch offene Einlassventil des jeweils betreffenden Zylinders geschlossen wird. Im Fall des aktuellen (n-ten) Zylinders liegt dieser Zeitpunkt bei (in der Regel etwas nach) dem vorletzten vorhergehenden unteren Totpunkt. Im Fall des nächsten Zylinders liegt dieser Zeitpunkt bei (in der Regel etwas nach) dem letzten vorhergehenden unteren Totpunkt.
Das Verbrennungsmoment M_{verbrennung,einzeln}(φ) des einzelnen, n-ten Zylinders ergibt sich dann nach Gleichung (10) zu: M_{verbrennung,einzeln}(φ) = M_gas,einzeln(φ) – M_komp,aktuell(φ) (10)
7 veranschaulicht die Basisgrößen und das Ergebnis dieser Berechnungen in einer Auftragung des Verlaufs 56 des Kompressionsmomentes des aktuellen (n-ten) Zylinders, des Verlaufs 58 des Kompressionsmoments des nächsten Zylinders, des Verlaufs 60 des Gasmomentes des gesamten Verbrennungsmotors und des Verlaufs 62 des Verbrennungsmomentes des nächsten Zylinders.
8 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Aus dem vom Steuergerät 16 durchgeführten, den Verbrennungsmotor steuernden Hauptprogramm 100 heraus, werden in einem Schritt 102 zu dem Zeitpunkt, zu dem das letzte Einlassventil des n-ten Zylinders schließt, der Wert des Saugrohrdrucks durch Auswerten der Signale des Saugrohrdrucksensors erfasst. Ferner wird das dann aktuelle Zylindervolumen des n-ten Zylinders vom Steuergerät aus im Steuergerät vorliegenden Daten ermittelt. Dieses Zylindervolumen ist bei variabler Ventilsteuerung ebenfalls variabel, bei nicht-variabler Ventilsteuerung ist es eine Konstante.
Analog dazu werden im folgenden Schritt 104 zu dem Zeitpunkt, zu dem das letzte Einlassventil des nächsten Zylinders schließt, der Wert des dann herrschenden Saugrohrdrucks durch Auswerten der Signale des Saugrohrdrucksensors erfasst, und das dann aktuelle Zylindervolumen des nächsten Zylinders wird vom Steuergerät 12 aus im Steuergerät 12 vorliegenden Daten ermittelt. Dieses Zylindervolumen ist bei variabler Ventilsteuerung ebenfalls variabel, bei nicht-variabler Ventilsteuerung ist es eine Konstante.
Die Erfassung dieser Saugrohrdrücke und Ermittlung der Zylindervolumina erfolgt jeweils einmal für jede Berechnung einer Verbrennungslage VL, also jeweils einmal pro Verbrennungstakt in einem Zylinder. Ferner ist es ausreichend, den Wert |ΔM| nur einmal für jede Bestimmung der Verbrennungslage, also je einmal für jeden Verbrennungstakt, zu bestimmen.
Im Unterprogramm 106 werden die Berechnungen nach Gleichung (1) und die dafür erforderlichen Vorberechnungen für eine Vielzahl von Drehwinkelstützstellen in dem von φ1 bis φ2 reichenden Berechnungsintervall wiederholt, wobei jeweils über einen Teil des Berechnungsintervalls integriert wird, der dem Abstand von zwei einander nächst-benachbarten Stützstellen entspricht. Die Summe dieser Intervalle ist dann das von φ1 bis φ2 reichende Berechnungsintervall. Nach einer solchen, jeweils für einen Teil des von 1 bis φ2 reichenden Berechnungsintervalls erfolgenden Teilberechnung, wird im Schritt 108 überprüft, ob das Ende des von φ1 bis φ2 reichenden Berechnungsintervalls erreicht ist. Dies ist der Fall, wenn die obere Grenze des Integrals der Teilberechnung gleich dem Wert von φ2 ist. Solange das nicht der Fall ist, verzweigt das Verfahren aus dem Schritt 108 zurück in das Unterprogramm 106. Wenn φ2 erreicht ist, verzweigt das Verfahren aus dem Schritt 108 heraus in den Schritt 110, in dem die Verbrennungslage aus dem Wert des abgeschlossenen Integrals I berechnet wird. Die Verbrennungslage VL ist der Drehwinkelwert, bei dem der Zwischenwert des Integrals I ein definierter Bruchteil dieses Energiebeitrages ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Bruchteil die Hälfte. Es wird also durch Rückberechnung der Drehwinkelwert identifiziert, bei dem das bis zu diesem Drehwinkelwert als obere Grenze berechnete Integral gleich dem genannten Bruchteil ist. Nach der Berechnung der Verbrennungslage im Schritt 110 wird das Verfahren mit dem Hauptprogramm fortgesetzt.
Zwischen den einzelnen Schritten werden immer wieder Teile des Hauptprogramms abgearbeitet, so dass die weiteren im Flussdiagramm dargestellten Schritte 102 bis 110 nicht unmittelbar aneinander anschließen müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012203671 A1 [0001, 0032]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Verbrennungslagen (VL) von Verbrennungen von Brennraumfüllungen in einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (10), wobei eine Verbrennungslage (VL) einer aktuellen Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders in einem Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors (10) aus Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (10) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Verbrennung einer Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders resultierendes Verbrennungsmoment (62) ermittelt wird und dass dieses Verbrennungsmoment (62) über einen Kurbelwellenwinkelbereich integriert wird, der bei einem Kurbelwellenwinkelwert beginnt, in dem das letzte offene Einlassventil des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors (10) auf den n-ten Zylinder folgenden nächsten Zylinders schließt, und der im oder vor dem nächsten unteren Totpunkt des n-ten Zylinders endet, dass ein maximaler Wert des Integrals (I) ermittelt wird und dass die Verbrennungslage (VL) als der Kurbelwellenwinkelwert bestimmt wird, bei dem der zugehörige Wert des Integrals (I) einen vorbestimmten Bruchteil des maximalen Werts des Integrals (I) erreicht, wobei das Verbrennungsmoment (62) durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (58) des n-ten Zylinders von einem Gasmoment (52) des n-ten Zylinders bestimmt wird, und wobei das Gasmoment (52) des n-ten Zylinders durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (58) des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors nächsten Zylinders des Verbrennungsmotors von einem Gasmoment (60) des gesamten Verbrennungsmotors (10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment (56) des n-ten Zylinders in Abhängigkeit von einem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des n-ten Zylinders bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des n-ten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des n-ten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des n-ten Zylinders, einem vom aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des n-ten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsmoment (58) des nächsten Zylinders in Abhängigkeit von dem kurbelwellenwinkelabhängigen Kompressionsdruck des nächsten Zylinders bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kurbelwellenwinkelabhängige Kompressionsdruck des nächsten Zylinders aus einem Saugrohrdruck, einem Volumen des nächsten Zylinders zum Zeitpunkt des Schließens des letzten offenen Einlassventils des nächsten Zylinders, und einem vom gerade aktuellen Kurbelwellenwinkelwert abhängigen Volumen des nächsten Zylinders und einem Adiabatenexponenten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasmoment (44; 60) des Gesamtmotors (10) aus einem kurbelwellenwinkelabhängig variablen Wert eines Gaswechselmomentes des Verbrennungsmotors und einem für einen Totpunkt des Verbrennungsmotors bestimmten Wert des Gaswechselmomentes berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bruchteil die Hälfte ist.
Steuergerät (12), das zum Ermitteln von Verbrennungslagen von Verbrennungen von Brennraumfüllungen in einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (10) eingerichtet ist, wobei das Steuergerät (12) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungslage (VL) einer aktuellen Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders in einem Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors (10) aus Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (10) zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) dazu eingerichtet ist, ein aus einer Verbrennung einer Brennraumfüllung eines n-ten Zylinders resultierendes Verbrennungsmoment (62) zu ermitteln wird und dieses Verbrennungsmoment (62) über einen Kurbelwellenwinkelbereich zu integrieren, der bei einem Kurbelwellenwinkelwert beginnt, in dem das letzte offene Einlassventil des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors auf den n-ten Zylinder folgenden nächsten Zylinders schließt, und der im oder vor dem nächsten unteren Totpunkt des n-ten Zylinders endet, einen maximalen Wert des Integrals (I) zu ermitteln wird und die Verbrennungslage (VL) als den Kurbelwellenwinkelwert zu bestimmen, bei dem der zugehörige Wert des Integrals (I) einen vorbestimmten Bruchteil des maximalen Werts des Integrals (I) erreicht, und dabei das Verbrennungsmoment (62) durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (des n-ten Zylinders von einem Gasmoment des n-ten Zylinders zu bestimmen, und dabei das Gasmoment des n-ten Zylinders durch Subtrahieren eines Kompressionsmomentes (58) des in der Zündfolge des Verbrennungsmotors nächsten Zylinders des Verbrennungsmotors (10) von einem Gasmoment (60) des gesamten Verbrennungsmotors (10) zu bestimmen.
Steuergerät (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Steuern des Ablaufs von wenigstens einer der oben genannten Ausgestaltungen des Verfahrens eingerichtet ist.