DE102017108995B3 - Method and device for operating an internal combustion engine with a purging charge cycle - Google Patents
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Abstract
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einfach und zuverlässig zu bestimmen, wieviel Luft bei einem spülenden Ladungswechsel in die Abgasanlage gespült wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem spülenden Ladungswechsel baut auf der Bestimmung einer Kenngröße in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auf. Anhand dieser Kenngröße erfolgt dann die Bestimmung der Luftmenge, die nach einem Ladungswechsel in dem Zylinder verbleibt. Durch Bildung einer Differenz zwischen einer in den Zylinder eintretenden Luftmenge und der in dem Zylinder verbleibenden Luftmenge erfolgt dann eine Bestimmung der über das Auslassventil aus dem Zylinder in die Abgasleitung austretenden Luftmenge.It is an object of the present invention to easily and reliably determine how much air is flushed in a purging charge change in the exhaust system. This object is achieved by means of a method and a device according to the claims. The inventive method for operating an internal combustion engine with a purging charge change builds on the determination of a parameter as a function of the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine. On the basis of this characteristic is then the determination of the amount of air that remains in the cylinder after a charge change. By forming a difference between an amount of air entering the cylinder and the amount of air remaining in the cylinder, a determination is made of the amount of air exiting the cylinder through the exhaust valve into the exhaust gas line.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem spülenden Ladungswechsel gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The present invention relates to a method, a device and a computer program for operating an internal combustion engine with a purging charge exchange according to the independent patent claims.
Für einen Betrieb von aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl ist die Durchführung eines spülenden Ladungswechsels Stand der Technik. Wieviel der über die Einlassventile der Brennkraftmaschine strömenden Luft bei einem solchen Ladungswechsel im Zylinder verbleibt und wieviel Luft in die Abgasanlage gespült wird, kann dabei nicht bestimmt werden.For operation of supercharged high torque, low speed internal combustion engines, performing a purge cycle change is well known in the art. How much of the air flowing through the intake valves of the internal combustion engine air remains in such a charge change in the cylinder and how much air is flushed into the exhaust system can not be determined.
Beispielsweise gemäß Liberda, N.; Pischinger, S.; Blessing, J.: Bestimmung des Liefergrads bei spülendem Ladungswechsel. In: MTZ 77 (2016), Nr. 11, S. 76-80 wird diesbezüglich vorgeschlagen, den Zusammenhang zwischen dem Liefergrad und dem indizierten Mitteldruck der Hochdruckschleife auszuwerten. Diesem Verfahren liegt die Überlegung zu Grunde, dass in Betriebspunkten, in denen kein spülender Ladungswechsel erfolgt, der Liefergrad bestimmt werden kann, da keine Luft in die Abgasanlage gespült wird. Somit entspricht die im Zylinder verbleibende Luft der über die Einlassventile der Brennkraftmaschine strömenden Luft, d. h. dem Luftaufwand. Die über die Einlassventile strömende Luft kann wie bekannt gemessen werden. Anhand der Betriebspunkte, in denen kein spülender Ladungswechsel erfolgt, wird der Zusammenhang zwischen dem Liefergrad und dem indizierten Mitteldruck der Hochdruckschleife bestimmt. Erfolgt anschließend eine Extrapolation dieses Zusammenhanges in einen Betriebsbereich, in dem ein spülender Ladungswechsel erfolgt, dann repräsentiert eine Differenz zwischen dem gemessenen Luftaufwand und dem extrapolierten Liefergrad die in die Abgasanlage gespülte Luft. Voraussetzung ist dabei, dass alle sonstigen Parameter unverändert bleiben, welche den Mitteldruck der Hochdruckschleife beeinflussen.For example, according to Liberda, N .; Pischinger, S .; Blessing, J .: Determination of the degree of delivery with a purging charge change. In: MTZ 77 (2016), No. 11, pp. 76-80, it is proposed in this connection to evaluate the relationship between the degree of delivery and the indicated mean pressure of the high-pressure loop. This method is based on the consideration that at operating points in which no flushing charge change takes place, the delivery rate can be determined because no air is flushed into the exhaust system. Thus, the remaining air in the cylinder corresponds to the air flowing through the intake valves of the internal combustion engine, d. H. the air effort. The air flowing through the inlet valves can be measured as known. On the basis of the operating points, in which no flushing charge change takes place, the relationship between the degree of delivery and the indicated mean pressure of the high-pressure loop is determined. If an extrapolation of this relationship subsequently takes place into an operating region in which a purging charge change takes place, a difference between the measured air expenditure and the extrapolated delivery level represents the air purged into the exhaust system. The prerequisite is that all other parameters remain unchanged, which influence the mean pressure of the high-pressure loop.
Für dieses Verfahren sind Messungen an einem Prüfstand erforderlich. Insbesondere muss eine Bestimmung des indizierten Mitteldruckes der Hochdruckschleife erfolgen. Dafür wird aufwendige Messtechnik benötigt. Insbesondere ist eine differenzierte Analyse des gesamten Arbeitsprozesses der Brennkraftmaschine erforderlich. D. h. es muss eine getrennte Betrachtung des indizierten Mitteldruckes in der Hochdruckschleife und des indizierten Mitteldruckes in der Niederdruckschleife erfolgen. Dafür ist eine Zylinderdruckindizierung unumgänglich. Diese ist teuer und nicht für eine dauerhafte Anwendung geeignet, insbesondere nicht für eine Serienanwendung in einem Kraftfahrzeug.This procedure requires measurements on a test bench. In particular, a determination of the indicated mean pressure of the high pressure loop must be made. This requires complex measuring technology. In particular, a differentiated analysis of the entire work process of the internal combustion engine is required. Ie. there must be a separate consideration of the indicated mean pressure in the high pressure loop and the indicated mean pressure in the low pressure loop. For a cylinder pressure indexing is essential. This is expensive and not suitable for permanent use, in particular not for a serial application in a motor vehicle.
Eine Beschreibung dieses Verfahrens findet sich weiterhin in der
Wieviel der über die Einlassventile der Brennkraftmaschine strömenden Luft bei einem spülenden Ladungswechsel im Zylinder verbleibt und wieviel Luft in die Abgasanlage gespült wird, kann gemäß der
Gemäß der
Gemäß der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einfach und zuverlässig zu bestimmen, wieviel Luft bei einem spülenden Ladungswechsel in die Abgasanlage gespült wird.It is an object of the present invention to easily and reliably determine how much air is flushed in a purging charge change in the exhaust system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens, einer Vorrichtung und eines Computerprogramms gemäß den Patentansprüchen gelöst.This object is achieved by means of a method, a device and a computer program according to the claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem spülenden Ladungswechsel baut auf der Bestimmung einer Kenngröße in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auf. Anhand dieser Kenngröße erfolgt dann die Bestimmung der Luftmenge, die nach einem Ladungswechsel in dem Zylinder verbleibt. Durch Bildung einer Differenz zwischen einer in den Zylinder eintretenden Luftmenge und der in dem Zylinder verbleibenden Luftmenge erfolgt dann eine Bestimmung der über das Auslassventil aus dem Zylinder in die Abgasleitung austretenden Luftmenge. Mit anderen Worten wird dadurch bestimmt, wieviel Luft bei einem spülenden Ladungswechsel in die Abgasanlage gespült wird, bei einer Ventilüberschneidung und einem positiven Spülgefälle über einem Zylinder (Scavenging), dass der Scavenging-Massenstrom als Differenz zwischen dem Massenstrom über Drosselklappe und der von den Zylindern geförderten, der Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmasse berechnet wird. Der Massenstrom über Drosselklappe liegt in der Motorsteuerung entweder direkt vor oder wird mittels eines Heißluftmassenstrommeters (HFM) bereitgestellt oder es erfolgt eine Berechnung mittels eines physikalischen Modells. Bei stöchiometrischer Verbrennung und optimalem Zündwinkel ist das erreichte Motordrehmoment proportional zur der von den Zylindern geförderten Luftmasse. Das Motordrehmoment lässt sich anhand von bekannten Verfahren aus hochaufgelösten Drehzahlsignalen, Last- und Kurbelwinkelinformationen bestimmen. Aus dem Verhältnis von Luftmassenstrom und dem anhand von Drehzahlsignalen bestimmten Motordrehmoment lässt sich mittels einer Abgleichfunktion der Scavenging-Luftmassenstrom bestimmen.The inventive method for operating an internal combustion engine with a purging charge change builds on the determination of a parameter as a function of the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine. On the basis of this characteristic is then the determination of the amount of air that remains in the cylinder after a charge change. By forming a difference between an amount of air entering the cylinder and the amount of air remaining in the cylinder, a determination is made of the amount of air exiting the cylinder through the exhaust valve into the exhaust gas line. In other words, it is determined by how much air is purged into the exhaust system during a purging charge change, with a valve overlap and a positive scavenging over a cylinder (scavenging) that the scavenging mass flow as the difference between the mass flow through the throttle and the cylinders calculated, available for combustion air mass. The mass flow via the throttle is either directly present in the engine control or is provided by means of a hot-air mass flow meter (HFM) or a calculation is carried out by means of a physical model. With stoichiometric combustion and optimum firing angle, the engine torque achieved is proportional to the air mass delivered by the cylinders. Engine torque can be determined from high resolution speed signals, load and crank angle information using known methods. The scavenging air mass flow can be determined from the ratio of air mass flow and the engine torque determined by means of rotational speed signals by means of a balancing function.
Eine solche einfache und zuverlässige Erfassung des Scavenging-Massenstroms mittels der Motorsteuerung hat zunächst positive Auswirkungen auf die Abgasqualität und auf den Fahrkomfort. Von Vorteil ist die erfindungsgemäße Bestimmung einer Kenngröße auf Basis von erfassten Drehzahlwerten der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auch deshalb, weil keine aufwendige Messtechnik erforderlich ist, sondern nur vorhandene Sensoren bzw. Messwerte verwendet werden. Von Vorteil ist es auch, dass die Bestimmung der erfindungsgemäßen Kenngröße, als Maß für die im Zylinder verbleibende Luft, die nach einem Ladungswechsel einer nachfolgenden Verbrennung zur Verfügung steht, auf einer Ermittlung der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufbaut und das somit verwendete Drehzahlsignal die für das jeweilige Exemplar einer Brennkraftmaschine spezifischen Informationen enthält, d. h. alle für das Exemplar charakteristischen Toleranzen beinhaltet. Von Vorteil ist es erfindungsgemäß zudem, dass die erfindungsgemäße Bestimmung der Kenngröße auf Basis von erfassten Drehzahlwerten der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine anhand einer Vielzahl schon bekannter und erprobter Verfahren erfolgen kann.Such a simple and reliable detection of the scavenging mass flow by means of the engine control initially has positive effects on the exhaust quality and on the ride comfort. The determination according to the invention of a parameter based on detected rotational speed values of the crankshaft of an internal combustion engine is also advantageous because no expensive measuring technology is required, but only existing sensors or measured values are used. It is also advantageous that the determination of the parameter according to the invention, as a measure of the remaining air in the cylinder, which is available after a charge change of a subsequent combustion, based on a determination of the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine and the speed signal thus used for the respective copy of an internal combustion engine contains specific information, d. H. includes all tolerances characteristic of the specimen. It is also advantageous according to the invention that the determination of the parameter on the basis of detected rotational speed values of the crankshaft of the internal combustion engine according to the invention can be carried out on the basis of a multiplicity of already known and proven methods.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind der folgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further advantageous embodiments can be found in the following detailed description.
In
Weiterhin erfolgt eine Bestimmung der über das zumindest eine Einlassventil bzw. die Einlassventile jedes Zylinders der Brennkraftmaschine
Ferner umfasst die Brennkraftmaschine
Erfindungsgemäß erfolgt in Abhängigkeit des Signals des Drehzahlsensors
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine (beispielsweise initiale oder in bestimmten Abständen erfolgende) Korrektur der anhand des Signals des Drehzahlsensors
Wird demnach beispielsweise die Brennkraftmaschine
Von Vorteil ist es erfindungsgemäß zudem, dass die erfindungsgemäße Bestimmung der Kenngröße auf Basis von erfassten Drehzahlwerten der Kurbelwelle
Insbesondere wird die in dem Zylinder verbleibende Luftmenge anhand der Kenngröße in Verbindung mit einem funktionalen Zusammenhang bestimmt. Dieser Zusammenhang beschreibt die Beziehung zwischen der in dem Zylinder verbleibenden Luftmenge, welche für die (bei einem vollständigen Arbeitsspiel) von der Brennkraftmaschine
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem spülenden Ladungswechsel bereitgestellt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichteter Computer mit einer CPU und einem maschinenlesbaren Speichermedium vorgesehen ist. Bei dem Computer mit einer CPU handelt es sich dabei insbesondere um ein allgemein bekanntes Steuergerät (ECU) einer Brennkraftmaschine
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |