DE102019203312A1 - Method for modeling a pressure in a cylinder of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren eines Drucks(p) in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine, wobei Kraftstoff über zumindest einen Injektor in den Zylinder eingespritzt wird und ein Kolben im Zylinder über eine Welle zyklisch angetrieben wird. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Zuerst wird eine eingespritzte Kraftstoffmasse (m) aus einem Modells (10) für den zumindest einen Injektor ermittelt. Dann durchläuft die eingespritzte Kraftstoffmasse (m) eine Filterung (12), um eine für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse (m) zu ermitteln und um die Geschwindigkeit der Verbrennung des Kraftstoffs zu ermitteln. Zudem wird die Wahrscheinlichkeit (W) für einen Start der Verbrennung abhängig von einem Einspritzwinkel (Φ) und einer kumulierten eingespritzten Kraftstoffmasse (m) ermittelt. Zudem wird eine Zeit, bevor die Verbrennung startet, abhängig von Einspritzwinkeln (Φ) und einem anfänglichen Druck (p) im Zylinder mittels Wiebe-Längen (WL, WL1, WL2) für alle Einspritzungen (E, E1, E2) ermittelt. Dann wird eine bei der Verbrennung verbrannten Kraftstoffmasse (mcomb) aus der für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse (mba), der Wahrscheinlichkeit (W) für den Start der Verbrennung und aus der Wiebe-Länge (WL) berechnet (40). Schließlich erfolgt ein Ermitteln des modellierten Drucks (p) aus der verbrannten Kraftstoffmasse (m).The invention relates to a method for modeling a pressure (p) in a cylinder of an internal combustion engine, with fuel being injected into the cylinder via at least one injector and a piston in the cylinder being driven cyclically via a shaft. The method has the following steps: First, an injected fuel mass (m) is determined from a model (10) for the at least one injector. The injected fuel mass (m) then passes through a filtering (12) in order to determine a fuel mass (m) available for combustion and to determine the rate of combustion of the fuel. In addition, the probability (W) for a start of the combustion is determined as a function of an injection angle (Φ) and an accumulated injected fuel mass (m). In addition, a time before the combustion starts is determined as a function of injection angles (Φ) and an initial pressure (p) in the cylinder using Wiebe lengths (WL, WL1, WL2) for all injections (E, E1, E2). Then a fuel mass (mcomb) burned during the combustion is calculated from the fuel mass (mba) available for the combustion, the probability (W) for the start of the combustion and from the Wiebe length (WL) (40). Finally, the modeled pressure (p) is determined from the burned fuel mass (m).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren eines Drucks in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The present invention relates to a method for modeling a pressure in a cylinder of an internal combustion engine. The invention also relates to a computer program that executes each step of the method when it runs on a computing device, as well as a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Heutzutage gibt es Bestrebungen hinsichtlich Verbrennungsmaschinen, die Toleranzen bei den Einspritzungen von Kraftstoff in einen Zylinder der Verbrennungsmaschine durch einen Injektor zu reduzieren, wodurch sich sehr genaue individuelle Einspritzungen ergeben. Hierfür wurde eine Steuerstrategie für den Injektor, die sogenannte „Needle Closing Control“ (NCC), entwickelt. In dieser Steuerstrategie umfasst eine Vorsteuerung, die sogenannte „Back Pressure Precontrol“ (BPP), die vor allem den Druck im Zylinder betrifft. Eine Änderung des Drucks im Zylinder kann verschiedene Auswirkungen auf das Verhalten des Injektors haben, woraus eine ungenaue eindosierte Kraftstoffmasse resultieren kann. Um eine geeignete Korrektur durchzuführen, wird der Druck im Zylinder benötigt. Es gibt hierzu bereits Modelle, die den Druck im Zylinder modellieren. Diese Modelle basieren meist auf getrennt voneinander betrachteten Einspritzungen. Für jede Einspritzung ändert sich die Konfiguration und das Modell wird jeweils neu berechnet.Nowadays there are efforts with regard to internal combustion engines to reduce the tolerances in the injections of fuel into a cylinder of the internal combustion engine by means of an injector, which results in very precise individual injections. For this purpose, a control strategy for the injector, the so-called “Needle Closing Control” (NCC), was developed. This control strategy includes a pre-control, the so-called “Back Pressure Precontrol” (BPP), which primarily affects the pressure in the cylinder. A change in the pressure in the cylinder can have various effects on the behavior of the injector, which can result in an imprecise metered fuel mass. In order to carry out a suitable correction, the pressure in the cylinder is required. There are already models for this which model the pressure in the cylinder. These models are mostly based on injections that are considered separately from one another. The configuration changes for each injection and the model is recalculated each time.

Ein Beispiel für solch ein Modell ist „polyfit“, welches auf mehreren Wertetabellen basiert und die Zahl der Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen, deren Einspritzwinkel sowie das Verbrennungsluftverhältnis des Abgases, den Druck des gemeinsamen Kraftstoffspeichers und den Druck in einem Ansaugkrümmer berücksichtigt.An example of such a model is “polyfit”, which is based on several tables of values and takes into account the number of pre, main and post injections, their injection angle and the combustion air ratio of the exhaust gas, the pressure of the common fuel reservoir and the pressure in an intake manifold.

Es sind Modelle bekannt, bei der für jedes Einspritzmuster (aus Winkel und Menge für alle Einspritzungen bestimmt) eine Wiebe-Funktion ermittelt wird. Eine herkömmliche Wiebe-Funktion kann beispielsweise aus der „Prediction of In-Cylinder Pressure, Temperature, and Loads Related to the Crank Slider Mechanism of I. C. Engines: A Computational Model‟, Carlos Alberto Romero Piedrahita et al., Conference Paper of conference SAE 2003 World Congress, at Cobo Center, Detroit, USA, March 2003 , entnommen werden.Models are known in which a Wiebe function is determined for each injection pattern (determined from the angle and quantity for all injections). A conventional Wiebe function can be derived from the "Prediction of In-Cylinder Pressure, Temperature, and Loads Related to the Crank Slider Mechanism of IC Engines: A Computational Model", Carlos Alberto Romero Piedrahita et al., Conference Paper of conference SAE 2003 World Congress, at Cobo Center, Detroit, USA, March 2003 , can be taken.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Modellieren eines Drucks in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine vorgeschlagen. Kraftstoff wird über zumindest einen Injektor in den Zylinder eingespritzt. Ein Kolben im Zylinder wird zyklisch von einer Welle angetrieben und vergrößert oder verkleinert dabei das Volumen des Brennraums im Zylinder. Um den Druck im Zylinder zu modellieren, wird zuvor die verbrannte Masse des Kraftstoffs an allen notwendigen Winkeln berechnet. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:A method for modeling a pressure in a cylinder of an internal combustion engine is proposed. Fuel is injected into the cylinder via at least one injector. A piston in the cylinder is driven cyclically by a shaft and increases or decreases the volume of the combustion chamber in the cylinder. In order to model the pressure in the cylinder, the burned mass of the fuel is calculated beforehand at all the necessary angles. The procedure consists of the following steps:

Es wird eine durch den zumindest einen Injektor eingespritzte Kraftstoffmasse aus einem Modell für den zumindest einen Injektor ermittelt. Hierfür kann ein an sich bekanntes Modell für den zumindest einen Injektor bereitgestellt werden, mit dem der Kraftstofffluss beschrieben werden kann. Der Kraftstofffluss kann dann integriert werden, um die eingespritzte Kraftstoffmasse an allen Berechnungsschritten über einem Zyklus zu erhalten. Die eingespritzte Kraftstoffmasse durchläuft eine Filterung, um eine für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse zu ermitteln und eine Kraftstoffverteilung in einem Brennraum des Zylinders zu beschreiben und um die Geschwindigkeit der Verbrennung des Kraftstoffs zu ermitteln.A fuel mass injected by the at least one injector is determined from a model for the at least one injector. For this purpose, a model known per se can be provided for the at least one injector, with which the fuel flow can be described. The fuel flow can then be integrated to obtain the injected fuel mass at all calculation steps over a cycle. The injected fuel mass is filtered in order to determine a fuel mass available for combustion and to describe a fuel distribution in a combustion chamber of the cylinder and to determine the rate of combustion of the fuel.

Insbesondere wird bei der Filterung des Kraftstoffflusses eine Verbrennungsgeschwindigkeit abhängig von Abgas, das einerseits durch eine Abgasrückführung in die Verbrennungsmaschine zurückgeführt wird und anderseits durch die Verbrennung selbst, berechnet. Das rückgeführte Abgas, und die Frischluftmasse haben Einfluss auf die Druckentwicklung im Zylinder insbesondere während der Verbrennung. Zudem bremst ein hoher Anteil von Abgas im Zylinder die Verbrennungsgeschwindigkeit. Die Sauerstoffmoleküle werden von dem Abgas gegenüber den Kraftstoffmolekülen regelrecht abgeschirmt. Die Auswirkungen des Abgases können als multiplikativer Faktor bei der Filterungsstärke einfließen. Je höher die Abgasrate ist, desto größer ist der Faktor und desto höher ist die Zeitkonstante bei der Filterung. Der Faktor kann in Abhängigkeit von der Abgasrate in einer Kennlinie gespeichert werden.In particular, when filtering the fuel flow, a combustion speed is calculated as a function of exhaust gas, which is returned to the internal combustion engine through exhaust gas recirculation and through the combustion itself. The recirculated exhaust gas and the fresh air mass have an influence on the pressure development in the cylinder, especially during combustion. In addition, a high proportion of exhaust gas in the cylinder slows the combustion rate. The oxygen molecules are literally shielded from the fuel molecules by the exhaust gas. The effects of the exhaust gas can be included as a multiplicative factor in the filtering strength. The higher the exhaust gas rate, the larger the factor and the higher the time constant during the filtering. The factor can be stored in a characteristic curve depending on the exhaust gas rate.

Des Weiteren wird die Wahrscheinlichkeit für den Start einer Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum abhängig von einem Winkel der Welle bei der Einspritzung bezeichnet, und der kumulierten eingespritzten Masse des Kraftstoffs ist. Der Winkel der Welle bei jedem Einspritzungsanfang wird als „Einspritzwinkel“ bezeichnet und wird ausgehend vom oberen Totpunkt als 0° angegeben. Bei sehr frühen Einspritzwinkeln, daher unter -40°CA („crank angle“), und bei späten Einspritzwinkeln, daher über +10°CA ist die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung deutlich geringer. Auch für den Fall, dass eine kleine Masse an Kraftstoff eingespritzt wird, ist die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung herabgesetzt. Dies gilt vor allem dann, wenn zuvor keine Einspritzung stattgefunden hat. Besonders für den Fall, dass eine kleine Masse bei einem sehr frühen Einspritzwinkel oder bei einem späten Einspritzwinkel eingespritzt wurde, ist die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung sehr gering. Ein ungewollter oder falscher Start der Verbrennung kann zur drastischen Emissionserhöhung führen. Andererseits ist die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung besonders hoch, wenn die Einspritzung in einem Bereich zwischen -10°CA und 0°CA, daher dem oberen Totpunkt, stattfindet. Bei mehreren Einspritzungen werden die jeweils eingespritzten Kraftstoffmassen zur kumulierten Kraftstoffmasse aufsummiert. Dementsprechend ändert sich auch die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung der aktuellen Kraftstoffmasse in Abhängigkeit von den vorhergehenden Einspritzungen desselben Zyklus des Zylinders.Furthermore, the probability of starting a combustion of the fuel in the combustion chamber is designated as a function of an angle of the shaft during the injection, and the cumulative injected mass of fuel. The angle of the shaft at each start of injection is known as the “injection angle” and is specified as 0 ° starting from top dead center. At very early injection angles, therefore below -40 ° CA ("crank angle"), and at late injection angles, therefore above + 10 ° CA, the probability of starting the combustion is significantly lower. Even in the event that a small mass of fuel is injected, the likelihood of starting the combustion is reduced. This is especially true if no injection has previously taken place. Particularly in the event that a small mass was injected at a very early injection angle or at a late injection angle, the probability of the start of the combustion is very low. An unintended or incorrect start of the combustion can lead to a drastic increase in emissions. On the other hand, the probability of the start of the combustion is particularly high if the injection takes place in a range between -10 ° CA and 0 ° CA, hence the top dead center. In the case of several injections, the respective injected fuel masses are added up to form the accumulated fuel mass. Accordingly, the probability of the start of the combustion of the current fuel mass also changes as a function of the previous injections of the same cycle of the cylinder.

Einspritzungen, die sehr spät, aber innerhalb desselben Zyklus, auftreten, daher ab +80°CA können als eigenständige Einspritzungen interpretiert werden. Injections that occur very late, but within the same cycle, therefore from + 80 ° CA, can be interpreted as independent injections.

Vorzugsweise werden die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung in Abhängigkeit vom Einspritzwinkel und der eingespritzten Kraftstoffmasse im Vorhinein aufgenommen und in einem Kennfeld gespeichert. Dadurch sind die Wahrscheinlichkeiten direkt abrufbar, ohne dass eine zusätzliche Berechnung benötigt wird.The probability of the start of the combustion as a function of the injection angle and the injected fuel mass is preferably recorded in advance and stored in a characteristic map. This means that the probabilities can be called up directly without the need for an additional calculation.

Darüber hinaus wird eine Zeit, bevor die Verbrennung startet, berechnet und zwar abhängig von Einspritzwinkeln mittels Wiebe-Längen für alle Einspritzungen. Bei einer Einspritzung lässt sich, besonders bei geringem Druck am Start der Kompression, beobachten, dass der Druck im Zylinder nach einer bestimmten Zeitdauer plötzlich auf einen Druck abfällt, der erreicht würde, wenn der gesamte Kraftstoff eingespritzt wurde und augenblicklich komplett verbrannt wäre. Dabei erfolgt die Berechnung der Wiebe-Längen nicht wie herkömmlich für jede Einspritzung separat, sondern die Wiebe-Längen werden mittels einer Verbrennungsfreigabefunktion (engl.: „combustion enabling function“) für alle Einspritzungen abhängig voneinander ermittelt. Die Verbrennungsfreigabefunktion ist eine wiebeartige Korrelation, d. h. sie bildet den Verlauf der Wiebe-Funktion nach, und repräsentiert die oben genannte bestimmte Zeitdauer und die augenblickliche Verbrennung. Die Wiebe-Länge ist als Zeit definiert, bis die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung (siehe oben) erreicht ist und entspricht somit dieser bestimmten Zeitdauer. Folglich gibt die Wiebe-Länge die Zeitdauer zwischen der Einspritzung und dem voraussichtlichen Start der Verbrennung an. Die Wiebe-Länge ist abhängig zum einen vom anfänglichen Druck im Zylinder, wenn die Ventile des Zylinders geschlossen werden: Je kleiner der anfängliche Druck im Zylinder, desto größer ist die Wiebe-Länge. Zum anderen ist die Wiebe-Länge abhängig vom Einspritzwinkel: Je näher die Einspritzung am oberen Totpunkt erfolgt, desto kleiner ist die Wiebe-Länge.In addition, a time before the combustion starts is calculated as a function of the injection angles using Wiebe lengths for all injections. In the case of an injection, especially if the pressure is low at the start of compression, it can be observed that the pressure in the cylinder suddenly drops after a certain period of time to a pressure that would be reached if all of the fuel had been injected and was instantly completely burned. The Wiebe lengths are not calculated separately for each injection, as is conventional, but the Wiebe lengths are determined for all injections independently of one another using a combustion enabling function. The combustion release function is a like-like correlation; H. it simulates the course of the Wiebe function and represents the above-mentioned specific duration and the instantaneous combustion. The Wiebe length is defined as the time until the probability of the start of the combustion (see above) is reached and thus corresponds to this specific time period. Consequently, the Wiebe length indicates the length of time between the injection and the expected start of combustion. The Wiebe length depends on the one hand on the initial pressure in the cylinder when the valves of the cylinder are closed: the lower the initial pressure in the cylinder, the greater the Wiebe length. On the other hand, the Wiebe length depends on the injection angle: the closer the injection is to top dead center, the smaller the Wiebe length.

Die wiebeartige Verbrennungsfreigabefunktion kann bei mehreren aufeinanderfolgenden Einspritzungen ermittelt werden, solange an dem aktuellen berechneten Winkel keine vollständige Freigabe erreicht ist. Dadurch können Rechenschritte eingespart werden.The similar combustion release function can be determined in the case of several successive injections, as long as no complete release has been achieved at the currently calculated angle. This means that calculation steps can be saved.

Vorzugsweise wird die wiebeartige Verbrennungsfreigabefunktion bereits im Vorhinein berechnet und die ermittelten Wiebe-Längen in einem Kennfeld in Abhängigkeit von Einspritzwinkeln und dem anfänglichen Druck gespeichert. Dadurch sind die Wiebe-Längen direkt abrufbar, ohne dass eine zusätzliche Berechnung benötigt wird.The Wiebe-like combustion release function is preferably calculated in advance and the determined Wiebe lengths are stored in a characteristic map as a function of the injection angles and the initial pressure. This means that the Wiebe lengths can be called up directly without the need for an additional calculation.

Aus der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse (siehe oben), der Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung und aus der Wiebe-Länge wird die bei der Verbrennung verbrannte Kraftstoffmasse berechnet. Hierfür wird die derzeitige eingespritzte Kraftstoffmasse mit der Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung multipliziert. Die Wiebe-Länge sorgt für den verzögerten Start der Verbrennung.The fuel mass burned during the combustion is calculated from the fuel mass available for combustion (see above), the probability of the start of the combustion and the Wiebe length. For this purpose, the current injected fuel mass is multiplied by the probability of starting the combustion. The Wiebe length ensures a delayed start of the combustion.

Für mehrere aufeinanderfolgende Einspritzungen in einem Zyklus weist die Wahrscheinlichkeit für den Start der Verbrennung der aktuellen Einspritzungen, wie oben beschrieben, eine Abhängigkeit von vorhergehenden Einspritzungen auf. Die Wiebe-Länge ist für jede Einspritzung angepasst. Wenn die vollständige Freigabe der Verbrennung einmal erreicht ist, dann bleibt die Verbrennung über die weiteren Einspritzungen hinweg aufrechterhalten, bis der Zyklus endet.For several successive injections in a cycle, the probability of the start of the combustion of the current injections, as described above, is dependent on previous injections. The Wiebe length is adjusted for each injection. Once complete release of combustion is achieved, then combustion is maintained through the further injections until the cycle ends.

Schließlich fließt die berechnete verbrannte Kraftstoffmasse in ein an sich bekanntes Modell zur Ermittlung des Drucks im Zylinder ein, sodass der modellierte Druck ermittelt wird. Finally, the calculated burned fuel mass flows into a known model for determining the pressure in the cylinder, so that the modeled pressure is determined.

Mittels dieses Verfahrens kann das Modellieren eines Drucks in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine zeitsparend und ressourceneffizient in einem elektronischen Steuergerät durchgeführt werden.By means of this method, the modeling of a pressure in a cylinder of an internal combustion engine can be carried out in an electronic control device in a time-saving and resource-efficient manner.

Bevorzugt wird der Umstand berücksichtigt, dass der eindosierte Kraftstoff verdampft und zum Ort, an dem der Kraftstoff verbrannt wird, gelangen muss. Die Zeit für die Verdampfung des eindosierten Kraftstoffs und die Zeit bis der eindosierte Kraftstoff den Ort, an dem der Kraftstoff verbrannt wird, erreicht kann als Wartezeit beim Berechnen der Zeit, bevor die Verbrennung startet, berücksichtigt werden. Die Wiebe-Länge wird dann um diese Wartezeit verlängert. Dadurch wird ein genaueres Modell erreicht.The fact is preferably taken into account that the metered fuel evaporates and has to reach the place where the fuel is burned. The time for evaporation of the metered fuel and the time until the metered fuel reaches the place where the fuel is burned can be taken into account as a waiting time when calculating the time before the combustion starts. The Wiebe length is then extended by this waiting time. This results in a more accurate model.

Gemäß einem Aspekt wird bei der Berechnung der verbrannten Kraftstoffmasse ein Wärmetransport aus dem Brennraum des Zylinders nur in einem vorgebbaren Bereich um den oberen Totpunkt der Verbrennungsmaschine berücksichtigt. Der Wärmefluss aus dem Brennraum kann ansonsten vernachlässigt werden. Damit kann die Rechnung erleichtert werden, ohne einen zu großen Fehler in das Modell zu integrieren.According to one aspect, when calculating the burned fuel mass, heat transport from the combustion chamber of the cylinder is only taken into account in a predeterminable area around the top dead center of the internal combustion engine. Otherwise the heat flow from the combustion chamber can be neglected. This makes the calculation easier without integrating too large an error into the model.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, mittels des Verfahrens und darin ermittelter Größen, ein Drehmoment der Verbrennungsmaschine zu berechnen.In addition, it can be provided that a torque of the internal combustion engine is calculated using the method and the variables determined therein.

Aus der Zeit, bevor die Verbrennung startet, d. h. mittels der Wiebe-Länge, kann ein Start der Verbrennung nach der Einspritzung ermittelt werden. Ausgehend vom Start der Verbrennung kann aus der Geschwindigkeit der Verbrennung und der verbrannten Kraftstoffmasse dann ein Ende der Verbrennung ermittelt werden. Vor dem Start der Verbrennung und nach dem Ende der Verbrennung kann die Veränderung des Brennraums durch den Kolben - also die Kompression und Dekompression während eines Zyklus -, wenn die Ventile des Zylinders geschlossen sind, als adiabatische Zustandsänderung beschrieben werden.From the time before the combustion starts, i.e. H. A start of the combustion after the injection can be determined by means of the Wiebe length. Starting from the start of the combustion, an end of the combustion can then be determined from the speed of the combustion and the burned fuel mass. Before the start of the combustion and after the end of the combustion, the change in the combustion chamber caused by the piston - i.e. the compression and decompression during a cycle - when the valves of the cylinder are closed can be described as an adiabatic change in state.

Es kann vorgesehen sein, das Drehmoment der Verbrennungsmaschine mittels dem oben beschriebenen modellierten Druck im Zylinder zu berechnen. Vor allem bei der Kompression und Dekompression im Zyklus, wenn eine adiabatische Zustandsänderung stattfindet, kann der modellierte Druck mit Hilfe der Adiabatengleichung in einer Weise berechnet werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Adiabatenkoeffizienten bereits während der Ermittlung des modellierten Drucks berechnet wurden.Provision can be made to calculate the torque of the internal combustion engine using the above-described modeled pressure in the cylinder. Especially with compression and decompression in the cycle, when an adiabatic change of state takes place, the modeled pressure can be calculated in one way with the aid of the adiabatic equation. This offers the advantage that the adiabatic coefficients were already calculated during the determination of the modeled pressure.

Die Erfindung ermöglicht die Berechnung des Drehmoments bei einer Hochdruckschleife. Das gesamte Drehmoment entspricht im Wesentlichen dem Drehmoment während der adiabatischen Zustandsänderung, daher vor dem Start der Verbrennung oder nach dem Ende der Verbrennung und bei der Verbrennung.The invention enables the torque to be calculated for a high pressure loop. The total torque essentially corresponds to the torque during the adiabatic change of state, therefore before the start of the combustion or after the end of the combustion and during the combustion.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to carry out each step of the method, in particular if it is carried out on a computing device or control device. It enables the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make structural changes to it. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium.

Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, den Druck im Zylinder zu modellieren.By uploading the computer program to a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is set up to model the pressure in the cylinder.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ansteuerung von Injektoren für Zylinder einer Verbrennungsmaschine in einer Übersicht.
  • 2a zeigt ein Druck-Volumen-Diagramm in doppellogarithmischer Darstellung für einen Zyklus der Kompression, Verbrennung und Dekompression in einem Zylinder.
  • 2b zeigt das Zerlegungsprinzip zwischen zwei konsekutiven Berechnungswinkeln bei der Verbrennung in einem Druck-Volumen-Diagramm in einem Zylinder.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer verbrannten Kraftstoffmasse gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 4 a und b zeigen jeweils ein Diagramm eines Kraftstoffflusses bei der Einspritzung eines Injektors.
  • 5 zeigt die Wahrscheinlichkeit für den Start einer Verbrennung in Abhängigkeit vom Einspritzwinkel und von der eingespritzten Kraftstoffmasse.
  • 6 zeigt ein Diagramm der Wiebe-Länge in Abhängigkeit vom Einspritzwinkel und vom anfänglichen Druck.
  • 7 zeigt ein Diagramm einer eingespritzten Kraftstoffmasse, einer für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse und einer verbrannten Kraftstoffmasse für eine Einspritzung in der oberen Hälfte und die Wahrscheinlichkeit für den Start einer Verbrennung und eine Verbrennungsfreigabefunktion mit einer Wiebe-Länge für diese Einspritzung in der unteren Hälfte.
  • 8 zeigt ein Diagramm einer eingespritzten Kraftstoffmasse, einer für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse und einer verbrannten Kraftstoffmasse für zwei aufeinander folgende Einspritzung in der oberen Hälfte und die Wahrscheinlichkeit für den Start einer Verbrennung und eine Verbrennungsfreigabefunktion mit einer Wiebe-Länge für diese Einspritzungen in der unteren Hälfte.
  • 9 zeigt in einem Diagramm des Drucks über dem Einspritzwinkel gemessene Drücke und den modellierten Druck gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the description below.
  • 1 shows an overview of a flow diagram for controlling injectors for cylinders of an internal combustion engine.
  • 2a shows a pressure-volume diagram in a double logarithmic representation for a cycle of compression, combustion and decompression in a cylinder.
  • 2 B shows the decomposition principle between two consecutive calculation angles during combustion in a pressure-volume diagram in a cylinder.
  • 3 shows a flow chart for determining a burned fuel mass according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 4 a and b each show a diagram of a fuel flow during the injection of an injector.
  • 5 shows the probability of starting a combustion as a function of the injection angle and the injected fuel mass.
  • 6th shows a diagram of the Wiebe length as a function of the injection angle and the initial pressure.
  • 7th shows a diagram of an injected fuel mass, a fuel mass available for combustion and a burned fuel mass for an injection in the upper half and the probability of starting a combustion and a combustion release function with a Wiebe length for this injection in the lower half.
  • 8th shows a diagram of an injected fuel mass, a fuel mass available for combustion and a burned fuel mass for two successive injections in the upper half and the probability of starting a combustion and a combustion release function with a Wiebe length for these injections in the lower half Half.
  • 9 shows in a diagram of the pressure over the injection angle measured pressures and the modeled pressure according to an embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist eine Übersicht der Ansteuerung von Injektoren für Zylinder einer Verbrennungsmaschine in einem Ablaufdiagramm dargestellt. Die nachfolgend genannten Modelle und Funktionen sowie die Ansteuerung finden in einem elektronischen Steuergerät statt. Mit Ausnahme des erfindungsgemäßen Modells 3 für den Druck im Zylinder (Zylinderdruckmodell 3) sind die weiteren Modelle und Funktionen an sich bekannt. Es wird ein Modell 1 für die Luft, die in die Zylinder einströmt, bereitgestellt, wobei ein Druck pAK an einem Ansaugkrümmer, das Verbrennungsluftverhältnis λ von Abgas, welches durch eine Abgasrückführung in den Zylinder zurückgeführt wird, und eine Masse der Luft mA , welche durch einen Luftmassensensor gemessen wird, in das Modell 1 einfließen. Zudem wird eine Auswertung 2 des Drucks prail im gemeinsamen Hochdruckspeicher der Injektoren bereitgestellt. Zur Ansteuerung der Injektoren sind zudem eine für den aktuellen Betrieb der Verbrennungsmaschine gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse minj,d,i für jede Einspritzung und ein gewünschter Einspritzwinkel Φd,i für jede Einspritzung, bei der die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse minj,d,i eingespritzt werden soll, vorgegeben.In 1 an overview of the control of injectors for cylinders of an internal combustion engine is shown in a flow chart. The following models and functions as well as the control take place in an electronic control unit. With the exception of the model according to the invention 3 for the pressure in the cylinder (cylinder pressure model 3 ) the other models and functions are known per se. It becomes a model 1 for the air flowing into the cylinders, a pressure p AK on an intake manifold, the combustion air ratio λ of exhaust gas, which is returned to the cylinder by exhaust gas recirculation, and a mass of air m A , which is measured by an air mass sensor, into the model 1 flow in. There is also an evaluation 2 of pressure p rail provided in the common high pressure accumulator of the injectors. To control the injectors, an injected fuel mass required for the current operation of the internal combustion engine is also required m inj, d, i for each injection and a desired injection angle Φ d, i for each injection at which the desired injected fuel mass m inj, d, i is to be injected, specified.

Mit dem Zylinderdruckmodell 3 wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein modellierter Druck pm im Zylinder der Verbrennungsmaschine ermittelt. Dies wird im Detail weiter unten beschrieben. Der modellierte Druck pm fließt in eine Back Pressure Precontrol (BPP) 4 für die Injektoren ein und wird darin verwendet, um eine geeignete Korrektur bei der Ansteuerung der Injektoren durchzuführen. Auf Grundlage der BPP 4 wird dann der Injektor angetrieben 5.With the cylinder pressure model 3 a modeled pressure is produced by means of the method according to the invention p m determined in the cylinder of the internal combustion engine. This is described in detail below. The modeled print p m flows into a Back Pressure Precontrol (BPP) 4th for the injectors and is used therein to carry out a suitable correction in the control of the injectors. Based on the BPP 4th the injector is then driven 5.

Um den modellierten Druck pm zu ermitteln, wird der Zyklus der Kompression, Verbrennung und Dekompression des Zylinders betrachtet. In 2a ist ein Druck-Volumen-Diagramm in doppellogarithmischer Darstellung (logp-logV-Diagramm) für den Zyklus dargestellt. In Punkt I werden rückgeführtes Abgas und Luft in den Zylinder eingelassen. Zwischen Punkt I und Punkt II findet die Kompression statt, bei der Ventile des Zylinders geschlossen sind. Hierbei handelt es sich um eine adiabatische Zustandsänderung, d. h. es wird Arbeit verrichtet, aber keine Wärme ausgetauscht.About the modeled print p m To determine the cycle of compression, combustion and decompression of the cylinder is considered. In 2a shows a pressure-volume diagram in double logarithmic representation (logp-logV diagram) for the cycle. At point I, recirculated exhaust gas and air are let into the cylinder. The compression takes place between point I and point II, during which the valves of the cylinder are closed. This is an adiabatic change of state, ie work is done, but no heat is exchanged.

Kurz vor Punkt II wird Kraftstoff durch den Injektor in den Zylinder eingespritzt. Punkt II markiert den Start der Verbrennung und Punkt III das Ende der Verbrennung. Zwischen zwei folgenden Berechnungswinkel zwischen Punkt II und Punkt III lässt sich die Verbrennung mit einer Zerlegung gemäß 2b berechnen: es ändert sich zuerst zwischen den Punkten IIa,i - IIb,i der Druck bei konstantem Volumen, d. h. es wird keine Arbeit verrichtet, aber Wärme ausgetauscht. Zwischen den Punkten IIb,i - IIa,i+1 findet erneut eine adiabatische Zustandsänderung statt. Die Ermittlung des modellierten Drucks pm wird in Übereinstimmung mit den thermodynamischen Prozessen während der Verbrennung in zwei Abschnitte unterteilt. Zwischen Punkt III und Punkt IV findet erneut eine adiabatische Zustandsänderung statt.Shortly before point II, fuel is injected into the cylinder through the injector. Point II marks the start of the combustion and point III the end of the combustion. Between the two following calculation angles between point II and point III, the combustion can be broken down according to 2 B calculate: it changes first between points II a, i - II b, i the pressure at constant volume, ie no work is done, but heat is exchanged. Between the points II b, i - II a, i + 1 an adiabatic change of state takes place again. The determination of the modeled pressure p m is divided into two sections in accordance with the thermodynamic processes during combustion. Another adiabatic change of state takes place between point III and point IV.

Im Zylinderdruckmodell 3 wird angenommen, dass das Gasgemisch im Zylinder durch die ideale Gasgleichung in Formel 1 genähert werden kann, selbst für die maximale Kompression. p V = n R T

Figure DE102019203312A1_0001
In the cylinder pressure model 3 it is assumed that the gas mixture in the cylinder can be approximated by the ideal gas equation in formula 1, even for the maximum compression. p V = n R. T
Figure DE102019203312A1_0001

Der Druck p wird dann aus dem Volumen V, der Zahl der Moleküle n, der Gaskonstanten R und der Temperatur T ermittelt. The pressure p is then determined from the volume V, the number of molecules n, the gas constant R and the temperature T.

Die Enthalpie H ist gegeben durch Formel 2, mit der innerer Energie U: H = U + p V

Figure DE102019203312A1_0002
The enthalpy H is given by formula 2, with the internal energy U: H = U + p V
Figure DE102019203312A1_0002

Die Variation der Enthalpie dH ist demnach gemäß Formel 3: d H = d ( U + p V ) = d U + d ( n R T ) = n C p ( T ) d T + d n R T

Figure DE102019203312A1_0003
The variation in enthalpy dH is according to formula 3: d H = d ( U + p V ) = d U + d ( n R. T ) = n C. p ( T ) d T + d n R. T
Figure DE102019203312A1_0003

Cp(T) ist die Wärmekapazität bei konstantem Druck. dn ist die durch die Verbrennung verursachte Variation der Zahl der Moleküle.C p (T) is the heat capacity at constant pressure. dn is the variation in the number of molecules caused by combustion.

Die Wärmekapazitäten Cp(T) sind abhängig von der Temperatur und diese werden gemäß den folgenden Formeln 4 und 5 für Luft (Cp,Luft) und für Abgas (Cp,Abgas) für Temperaturen unter 3500 K mit einem Polynom dritten Grades genähert, wobei T * = T 1000

Figure DE102019203312A1_0004
ist: C p , L u f t ( T ) = 6,69 T * 3 83,8 T * 2 + 359 T * + 973
Figure DE102019203312A1_0005
C p , A b g a s ( T ) = 4,97 T * 3 61,2 T * 2 + 264 T * + 932
Figure DE102019203312A1_0006
The heat capacities C p (T) depend on the temperature and these are approximated according to the following formulas 4 and 5 for air (C p, air ) and for exhaust gas (C p, exhaust gas ) for temperatures below 3500 K with a third degree polynomial , in which T * = T 1000
Figure DE102019203312A1_0004
is: C. p , L. u f t ( T ) = 6.69 T * 3 - 83.8 T * 2 + 359 T * + 973
Figure DE102019203312A1_0005
C. p , A. b G a s ( T ) = 4.97 T * 3 - 61.2 T * 2 + 264 T * + 932
Figure DE102019203312A1_0006

Die Variation der Enthalpie rührt von der Summe der Änderungen jedes Energietyps her, daher der Änderung der Wärme δQ, der Änderung der Arbeit δW und chemischen Energie, als der Zahl der verbrannten Kraftstoff-Moleküle dNcomb multipliziert mit dem Heizwert H0, der für Diesel beispielsweise 43 MJ/kg beträgt. Die Änderung der Wärme δQ, also der Wärmeverlust an der Zylinderwand kann hierzu aus Prüfstandmessungen in Schubbetrieb ermittelt werden und in einer Kennlinie gespeichert werden: d H = δ Q + δ W + d N c o m b H 0

Figure DE102019203312A1_0007
The variation in enthalpy results from the sum of the changes in each energy type, hence the change in heat δQ, the change in work δW and chemical energy, as the number of fuel molecules burned dN comb multiplied by the calorific value H 0 , that for diesel for example 43 MJ / kg. The change in heat δQ, i.e. the heat loss on the cylinder wall, can be determined from test bench measurements in overrun mode and saved in a characteristic curve: d H = δ Q + δ W. + d N c O m b H 0
Figure DE102019203312A1_0007

Kombiniert man Formel 3 und Formel 6 so erhält man Formel 7: d H = n C p ( T ) d T + d n R T = δ Q + δ W + d N c o m b H 0

Figure DE102019203312A1_0008
If you combine Formula 3 and Formula 6, you get Formula 7: d H = n C. p ( T ) d T + d n R. T = δ Q + δ W. + d N c O m b H 0
Figure DE102019203312A1_0008

Durch die Aufspaltung der Berechnung des Drucks in zwei Abschnitte, kann für jeden Abschnitt Vereinfachungen angenommen werden.By splitting the calculation of the pressure into two sections, simplifications can be assumed for each section.

Bei der Verbrennung zwischen Punkt II und Punkt III wird keine Arbeit verrichtet, daher gilt: δW = 0.No work is performed during the combustion between point II and point III, therefore: δW = 0.

Es wird angenommen, dass sich die Wärmekapazität zwischen zwei nahe zueinander liegenden Berechnungsschritten nicht ändert. Daher kann von der molaren Wärmekapazität n · Cp(T) in eine mittlere masseabhängige spezifische Wärme 〈m · cp〉 übergegangen werden.It is assumed that the heat capacity does not change between two calculation steps that are close to one another. Therefore, the molar heat capacity n · C p (T) can be converted into a mean mass-dependent specific heat 〈m · c p 〉.

Zudem wird angenommen, dass der Kraftstoff äquivalent zu Heptadekan-Molekülen ist. Die Variation der Zahl der Moleküle beträgt bei der Verbrennung von Heptadekan-Molekülen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser 8. Bei einer molaren Masse von 240 g/mol, entspricht die Variation der Zahl der Moleküle dem 33,34-fachen der Masse des verbrannten Kraftstoffs mcomb.It is also assumed that the fuel is equivalent to heptadecane molecules. The variation in the number of molecules is when heptadecane molecules are burned to form carbon dioxide and water 8th . With a molar mass of 240 g / mol, the variation in the number of molecules corresponds to 33.34 times the mass of the combusted fuel m comb .

Aus Formel 7 ergibt sich unter den dargestellten Annahmen eine Temperatur TIII am Punkt III gemäß Formel 8: T I I I = m c p ( T ) T A + δ Q + d m c o m b H 0 m c p ( T ) + R 33,34 m c o m b

Figure DE102019203312A1_0009
Based on the assumptions shown, formula 7 results in a temperature T III at point III according to formula 8: T I. I. I. = m c p ( T ) T A. + δ Q + d m c O m b H 0 m c p ( T ) + R. 33.34 m c O m b
Figure DE102019203312A1_0009

Zwischen dem Punkt I und dem Punkt II sowie zwischen dem Punkt III und dem Punkt IV findet eine adiabatische Zustandsänderung statt. Der Adiabatenkoeffizient κ(T) wird aus dem zuvor ausgeführten Berechnungsschritt genommen und ist daher: κ ( T ) = m c p m c v

Figure DE102019203312A1_0010
An adiabatic change of state takes place between point I and point II and between point III and point IV. The adiabatic coefficient κ (T) is taken from the previously performed calculation step and is therefore: κ ( T ) = m c p m c v
Figure DE102019203312A1_0010

Bei der adiabatischen Zustandsänderung wird keine Wärme ausgetauscht und keine Moleküle verbrennen, daher gilt: δW = 0 und dNcomb = 0.During the adiabatic change of state, no heat is exchanged and no molecules burn, therefore: δW = 0 and dN comb = 0.

Demnach vereinfacht sich Formel 7 zu Formel 10, mit Cv(T) als die Wärmekapazität bei konstantem Volumen: d U = δ W = p d V = n C v ( T ) d T

Figure DE102019203312A1_0011
Accordingly, formula 7 is simplified to formula 10, with C v (T) as the heat capacity at constant volume: d U = δ W. = - p d V = n C. v ( T ) d T
Figure DE102019203312A1_0011

Und damit: n R V d V = n C v ( T ) T

Figure DE102019203312A1_0012
And thus: n R. V d V = - n C. v ( T ) T
Figure DE102019203312A1_0012

Es wird angenommen, dass Cv(T) und n konstant sind.It is assumed that C v (T) and n are constant.

Demnach ergibt sich: R C v 1 V d V = ( 1 κ ) 1 V d V = 1 T d T = ( 1 κ ) log ( V 2 V 1 ) = log ( T 2 T 1 )

Figure DE102019203312A1_0013
This results in: - R. C. v 1 V d V = ( 1 - κ ) 1 V d V = 1 T d T = ( 1 - κ ) log ( V 2 V 1 ) = log ( T 2 T 1 )
Figure DE102019203312A1_0013

Und damit T 2 T 1 = ( V 2 V 1 ) 1 κ = ( V 1 V 2 ) κ 1

Figure DE102019203312A1_0014
And thus T 2 T 1 = ( V 2 V 1 ) 1 - κ = ( V 1 V 2 ) κ - 1
Figure DE102019203312A1_0014

Die Temperatur TII am Punkt II kann aus der Anfangstemperatur in Punkt I berechnet werden, wenn diese als T2 und die Anfangstemperatur als T1 in Formel 13 eingesetzt wird. Gleichermaßen kann die Temperatur TIV am Punkt IV berechnet werden, indem man diese als T2 und die oben berechnete Temperatur TIII am Punkt III als T1 in die Formel 13 einsetzt. Dazwischenliegende Temperaturen können auf gleiche Weise berechnet werden.The temperature T II at point II can be calculated from the initial temperature in point I if this is used as T 2 and the initial temperature as T 1 in formula 13. Likewise, the temperature T IV at point IV can be calculated by using this as T 2 and the temperature T III at point III calculated above as T 1 in formula 13. Intermediate temperatures can be calculated in the same way.

Um den Druck p zu berechnen, werden die Temperaturen in die nach dem Druck p umgeformte ideale Gasgleichung (Formel 1) eingesetzt.To calculate the pressure p, the temperatures are inserted into the ideal gas equation (formula 1) transformed according to the pressure p.

Es ist ersichtlich, dass zum einen der Start der Verbrennung und das Ende der Verbrennung bekannt sein müssen und zudem die verbrannte Kraftstoffmasse mcomb berechnet werden muss.It can be seen that, on the one hand, the start of the combustion and the end of the combustion must be known and, in addition, the burned fuel mass m comb must be calculated.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zuerst wird die eingespritzte Kraftstoffmasse minj ermittelt. Hierfür wird ein Modell 10 für den Injektor verwendet, welches nachfolgend im Zusammenhang mit den 4a und 4b detailliert beschrieben wird. 3 shows a flow chart for determining the burned fuel mass m comb according to an embodiment of the method according to the invention. First is the injected fuel mass m inj determined. For this a model 10 used for the injector, which is used below in connection with the 4a and 4b will be described in detail.

Die 4a und 4b zeigen jeweils ein Diagramm eines Kraftstoffflusses f über der Zeit t bei der Einspritzung mit einer Einspritzdauer Δ. In 4a liegt der maximal mögliche Kraftstofffluss fmax, der unter anderem von der Ausgestaltung der Injektoren abhängt, oberhalb des bei dieser Einspritzung erreichten Kraftstoffflusses f. Bei der Einspritzung wird der Injektor zuerst geöffnet und der Kraftstofffluss f steigt an. Anschließend wird der Injektor wieder geschlossen und der Kraftstofffluss f nimmt ab. Dadurch nimmt der Verlauf des Kraftstoffflusses f die Form eines Dreiecks an. In 4b erreicht der Kraftstofffluss f den maximal möglichen Kraftstofffluss fmax. Auch hier wird der Injektor bei der Einspritzung zuerst geöffnet und der Kraftstofffluss f steigt an, bis der Kraftstofffluss f den maximal möglichen Kraftstofffluss fmax erreicht. Dann wird die Einspritzung mit dem maximal möglichen Kraftstofffluss fmax fortgeführt. Anschließend wird der Injektor wieder geschlossen und der Kraftstofffluss f nimmt ab. Dadurch nimmt der Verlauf des Kraftstoffflusses f die Form eines Trapezes an. Die Fläche unterhalb des Kraftstoffflusses f gibt die eingespritzte Kraftstoffmasse minj wieder. The 4a and 4b each show a diagram of a fuel flow f over time t during injection with an injection duration Δ. In 4a If the maximum possible fuel flow fmax, which depends, among other things, on the design of the injectors, is above the fuel flow f achieved during this injection. During the injection, the injector is opened first and the fuel flow f increases. The injector is then closed again and the fuel flow f decreases. As a result, the course of the fuel flow f assumes the shape of a triangle. In 4b the fuel flow f reaches the maximum possible fuel flow fmax. Here, too, the injector is opened first during the injection and the fuel flow f increases until the fuel flow f reaches the maximum possible fuel flow fmax. The injection is then continued with the maximum possible fuel flow fmax. The injector is then closed again and the fuel flow f decreases. As a result, the course of the fuel flow f assumes the shape of a trapezoid. The area below the fuel flow f gives the injected fuel mass m inj again.

Im Ablaufdiagramm in 3 wird der Kraftstofffluss f aus dem Modell 10 für den Injektor folglich über die Einspritzdauer Δ integriert 11, um die eingespritzte Kraftstoffmasse minj zu erhalten.In the flowchart in 3 the fuel flow f becomes from the model 10 for the injector consequently integrated 11 over the injection duration Δ to the injected fuel mass m inj to obtain.

Nachdem der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wurde, verdampft dieser und breitet sich räumlich aus, bevor er der Ort erreicht, an dem er verbrannt wird. Um diesen Ausbreitungsvorgang zu berücksichtigen sind eine Filterung 12 erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten und eine Wartezeit tw vorgesehen. Die Zeitkonstante hängt hauptsächlich vom Druck prail im gemeinsamen Hochdruckspeicher ab. Je größer der Druck prail im gemeinsamen Hochdruckspeicher, desto kleiner ist die Zeitkonstante. Bei einem Druck prail im gemeinsamen Hochdruckspeicher von 1200 bis 1500 bar liegt die Zeitkonstante typischerweise in einem Bereich zwischen 200 und 300 µs. Die Wartezeit tw stellt die Zeit für das Verdampfen und die Zeit bis der Ort, an dem der Kraftstoff verbrannt wird, erreicht wird, dar. Weiter unten wird nochmals auf die Wartezeit tw eingegangen. Mittels der Filterung 12 werden eine für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba und die Geschwindigkeit der Verbrennung des Kraftstoffs zu ermittelt.After the fuel has been injected into the cylinder, it evaporates and spreads in space before it reaches the place where it is burned. Filtering is required to take this propagation process into account 12 first order with a time constant and a waiting time t w are provided. The time constant depends mainly on the pressure p rail in the common high pressure accumulator. The greater the pressure p rail in the common high-pressure accumulator, the smaller the time constant. At a pressure p rail In the common high-pressure accumulator from 1200 to 1500 bar, the time constant is typically in a range between 200 and 300 µs. The waiting time t w represents the time for evaporation and the time until the location at which the fuel is burned is reached. The waiting time t w will be discussed again below. By means of filtering 12 a fuel mass m ba available for combustion and the rate of combustion of the fuel are determined.

Zudem ist ein Abgas-Faktor FEG vorgesehen, der mit der Zeitkonstanten der Filterung 12 multipliziert wird. Dieser Abgas-Faktor FEG repräsentiert den Einfluss von Abgas, welches durch eine Abgasrückführung in den Zylinder zurückgeführt wird und aus der Verbrennung entsteht. Die rückgeführte Abgasmasse mEG, die Masse mfA der Frischluft und deren Temperaturen haben großen Einfluss auf den Druck p im Zylinder während der Kompression, Verbrennung bzw. Dekompression. Formel 14 beschreibt den Zusammenhang zwischen der rückgeführten Abgasmasse mEG, der Masse mA der Luft, der Masse der Frischluft mfA, der Abgasmasse mEG und der Masse muncomp des nicht verbrannten Kraftstoffs und der Masse mcomp des verbrannten Kraftstoffs im stationären Betrieb, wobei η aus dem vorherigen Zyklus ermittelt werden kann: [ m A m E G m u n c o m b ] = [ m f A 0 0 ] F r i s c h l u f t + 1 1 + 14,6 Λ [ 14,6 ( Λ η ) 15,6 η 1 η ] m E G R m i t Λ = m f A 14,6 m c o m b , η = m c o m b m i n j

Figure DE102019203312A1_0015
In addition, an exhaust gas factor F EG is provided that corresponds to the time constant of the filtering 12 is multiplied. This exhaust gas factor FEG represents the influence of exhaust gas, which is returned to the cylinder by exhaust gas recirculation and which arises from the combustion. The recirculated exhaust gas mass m EG , the mass m fA of the fresh air and their temperatures have a great influence on the pressure p in the cylinder during compression, combustion or decompression. Formula 14 describes the relationship between the recirculated exhaust gas mass m EG , the mass m A the air, the mass of the fresh air m fA , the exhaust gas mass m EG and the mass m uncomp of the unburned fuel and the mass m comp of the burned fuel in stationary operation, where η can be determined from the previous cycle: [ m A. m E. G m u n c O m b ] = [ m f A. 0 0 ] F. r i s c H l u f t + 1 1 + 14.6 Λ [ 14.6 ( Λ - η ) 15.6 η 1 - η ] m E. G R. m i t Λ = m f A. 14.6 m c O m b , η = m c O m b m i n j
Figure DE102019203312A1_0015

Durch eine große Abgasrate wird die Geschwindigkeit der Verbrennung reduziert, da die Sauerstoffmoleküle von dem Abgas gegenüber den Kraftstoffmolekülen regelrecht abgeschirmt werden. Der Abgas-Faktor FEG ist in einer Kennlinie gespeichert.The rate of combustion is reduced by a high exhaust gas rate, since the oxygen molecules are literally shielded from the exhaust gas from the fuel molecules. The exhaust gas factor FEG is stored in a characteristic curve.

Darüber hinaus wird im Vorfeld ein Kennfeld 20 für die Wahrscheinlichkeit W für einen Start der Verbrennung in Abhängigkeit vom Einspritzwinkel Φ und von einer kumulieren Kraftstoffmasse mkum, bei der die eingespritzten Kraftstoffmasse von vorhergehenden Einspritzungen aufsummiert wurden, ermittelt. Ein solches Kennfeld 20 für die Wahrscheinlichkeit W für einen Start der Verbrennung ist in 5 dargestellt. Einerseits ist die Wahrscheinlichkeit W für einen Start der Verbrennung für Einspritzwinkel Φ zwischen -20°CA (crank angle) und +10°CA am größten und sinkt für Einspritzwinkel Φ kleiner als -40°CA und für Einspritzwinkel Φ größer als +10°CA ab. Andererseits nimmt die Wahrscheinlichkeit für kleine kumulierte Kraftstoffmassen mkum ab. Wenn eine erste eingespritzte Kraftstoffmasse nicht ausreicht, um die Verbrennung zu starten, so erhöht sie doch die Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung bei einer nachfolgenden zweiten Einspritzung.In addition, a map is created in advance 20th for the probability W for a start of the combustion as a function of the injection angle Φ and of a cumulative fuel mass m kum , in which the injected fuel mass from previous injections was added up. Such a map 20th for the probability W for a start of the combustion is in 5 shown. On the one hand, the probability W for a start of combustion is greatest for injection angles Φ between -20 ° CA (crank angle) and + 10 ° CA and decreases for injection angles Φ less than -40 ° CA and for injection angles Φ greater than + 10 ° CA from. On the other hand, the probability for small accumulated fuel masses m kum decreases. If a first injected fuel mass is not sufficient to start the combustion, it nevertheless increases the probability W for the start of the combustion in a subsequent second injection.

Des Weiteren wird die Zeit, bevor die Verbrennung startet, betrachtet. Hierfür werden Verbrennungsfreigabefunktionen CEF für alle Einspritzungen verwendet. Die Verbrennungsfreigabefunktion CEF ist eine wiebeartige Korrelation und bildet den Verlauf der Wiebe-Funktion nach. Der Verlauf repräsentiert die Eigenschaft, dass der Druck p im Zylinder nach einer bestimmten Zeitdauer plötzlich auf einen Druck abfällt, der erreicht würde, wenn der gesamte Kraftstoff eingespritzt wurde und augenblicklich komplett verbrannt wäre. Aus den Verbrennungsfreigabefunktionen CEF können Wiebe-Längen WL für alle Einspritzungen ermittelt werden. Die Wiebe-Länge WL ist als Zeit definiert, bis die Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung erreicht ist und entspricht somit dieser bestimmten Zeitdauer. Die Wiebe-Längen WL sind in einem Kennfeld 30 in Abhängigkeit vom Einspritzwinkel Φ und einem anfänglichen Druck pA im Zylinder beim Schließen der Ventile, demnach also dem Druck pA am Punkt I im Diagramm in 2b, gespeichert. Ein solches Kennfeld 30 für die Wiebe-Längen WL ist in 6 dargestellt. Je kleiner der anfängliche Druck pA im Zylinder, desto größer ist die Wiebe-Länge WL. Je näher der Einspritzwinkel Φ am oberen Totpunkt bei 0°CA liegt, desto kleiner ist die Wiebe-Länge WL.The time before the combustion starts is also considered. For this purpose, combustion release functions CEF are used for all injections. The combustion release function CEF is a wiebe-like correlation and simulates the course of the Wiebe function. The course represents the Property that the pressure p in the cylinder suddenly drops after a certain period of time to a pressure that would be reached if all of the fuel had been injected and was instantly completely burned. Wiebe lengths WL for all injections can be determined from the combustion release functions CEF. The Wiebe length WL is defined as the time until the probability W for the start of the combustion is reached and thus corresponds to this specific time period. The Wiebe lengths WL are in a map 30th as a function of the injection angle Φ and an initial pressure p A in the cylinder when the valves are closed, i.e. the pressure p A at point I in the diagram in 2 B , saved. Such a map 30th for the Wiebe lengths WL is in 6th shown. The smaller the initial pressure p A in the cylinder, the greater the Wiebe length WL. The closer the injection angle Φ is to top dead center at 0 ° CA, the smaller the Wiebe length WL.

Um die verbrannte Kraftstoffmasse zu erhalten wird die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba mit der Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung multipliziert 40, wobei die Wiebe-Länge WL die Zeit, bis die Verbrennung startet, repräsentiert.In order to obtain the burned fuel mass, the fuel mass m ba available for the combustion is multiplied 40 by the probability W for the start of the combustion, the Wiebe length WL representing the time until the combustion starts.

In den 7 und 8 ist der Zusammenhang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmasse minj , der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba (in der oberen Hälfte des Diagramms gezeigt) und der verbrannten Masse sowie der Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung und der Wiebe-Länge WL (in der unteren Hälfte des Diagramms dargestellt) dargestellt. Bezüglich 7 ist eine Einspritzung E vorgesehen. Bezüglich 8 sind zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen E1 und E2 vorgesehen.In the 7th and 8th is the relationship between the injected fuel mass m inj , the fuel mass m ba available for combustion (shown in the upper half of the diagram) and the burned mass as well as the probability W for the start of combustion and the Wiebe length WL (shown in the lower half of the diagram). In terms of 7th an injection E is provided. In terms of 8th are two consecutive injections E1 and E2 intended.

In 7 findet eine Einspritzung E statt. Nach der Einspritzung E steigt die eingespritzte Masse minj an. Wie in Bezug auf 3 bereits beschrieben, ist eine Wartezeit tw vorgesehen, bis der eingespritzte Kraftstoff verdampft ist und er den Ort, an dem der Kraftstoff verbrannt wird, erreicht hat. Dadurch wird effektiv der zeitliche Verlauf für die eingespritzte Masse minj um die Wartezeit tw nach hinten verschoben. Die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba steigt nach der Wartezeit tw an und der zeitliche Verlauf unterscheidet sich von dem zeitlichen Verlauf für die eingespritzte Masse minj . Der zeitliche Verlauf der für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba wird durch die oben beschriebene Filterung 13 erhalten. Ausgehend von der Einspritzung wird die Verbrennungsfreigabefunktion CEF mit der Wiebe-Länge WL für diese Einspritzung bereitgestellt. Der Verlauf der Verbrennungsfreigabefunktion CEF weist einen starken Anstieg der Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung nach der Wartezeit tw auf. In diesem Fall beträgt die Wahrscheinlichkeit W, dass die Verbrennung nach der Wiebe-Länge WL startet, 100%. Der zeitliche Verlauf der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb lässt sich als Kombination der beiden zeitlichen Verläufe der für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba und der Verbrennungsfreigabefunktion CEF interpretieren. Obwohl die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba bereits angestiegen ist, verändert sich die verbrannte Kraftstoffmasse mcomb nicht. Erst wenn die Verbrennungsfreigabefunktion CEF auf eine Wahrscheinlichkeit von ca. 90% angestiegen ist, kommt es zu einem sehr starken Anstieg der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb. Anschließend folgt der zeitliche Verlauf der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb dem zeitlichen Verlauf der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba. Wie in Zusammenhang mit 3 bereits beschrieben, kann die verbrannte Kraftstoffmasse mcomb durch eine Multiplikation 40 der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba mit der Wahrscheinlichkeit W für den Start der Verbrennung, die sich aus der Verbrennungsfreigabefunktion CEF mit der Wiebe-Länge WL als zeitliche Verzögerung ergibt, berechnet werden.In 7th an injection E takes place. After the injection E, the injected mass increases m inj on. As in relation to 3 already described, a waiting time t w is provided until the injected fuel has evaporated and it has reached the place where the fuel is burned. This effectively makes the time course for the injected mass m inj moved back by the waiting time t w . The fuel mass m ba available for combustion increases after the waiting time tw and the time curve differs from the time curve for the injected mass m inj . The time course of the fuel mass mba available for combustion is determined by the filtering described above 13 receive. On the basis of the injection, the combustion release function CEF with the Wiebe length WL is provided for this injection. The course of the combustion release function CEF shows a sharp increase in the probability W for the start of the combustion after the waiting time t w . In this case, the probability W that the combustion will start after the Wiebe length WL is 100%. The time profile of the burned fuel mass m comb can be interpreted as a combination of the two time profiles of the fuel mass m ba available for combustion and the combustion release function CEF. Although the fuel mass m ba available for combustion has already increased, the burned fuel mass m comb does not change. Only when the combustion release function CEF has risen to a probability of approx. 90% does the burned fuel mass m comb rise very sharply. The time profile of the burned fuel mass m comb then follows the time profile of the fuel mass m ba available for combustion. As in connection with 3 already described, the burned fuel mass m comb can be multiplied by 40 of standing for the combustion of available fuel mass m ba with the probability W, are calculated for the start of combustion resulting from the combustion of released function CEF with the Wiebe length WL as time lag.

In 8 findet eine erste Einspritzung E1 statt. Wie vorstehend beschrieben, ist eine Wartezeit tw1 für diese erste Einspritzung E1 vorgesehen. Der zeitliche Verlauf der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba ergibt sich für die erste Einspritzung E1 in Analogie zu 7 aus der Filterung 13. Ausgehend von der ersten Einspritzung E1 wird die erste Verbrennungsfreigabefunktion CEF1 mit der ersten Wiebe-Länge WL1 für diese Einspritzung E1 bereitgestellt. In diesem Fall beträgt die Wahrscheinlichkeit W, dass die Verbrennung nach der ersten Wiebe-Länge WL1 startet, 50%. Auch hier kommt es erst zu einem sehr starken Anstieg der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb, wenn die erste Verbrennungsfreigabefunktion CEF1 auf eine Wahrscheinlichkeit W von ca. 40% angestiegen ist. Anschließend folgt der zeitliche Verlauf der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb dem zeitlichen Verlauf für die Hälfte der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba (gestrichelte Linie).In 8th finds a first injection E1 instead of. As described above, a waiting time t is w1 for this first injection E1 intended. The time course of the fuel mass m ba available for the combustion results for the first injection E1 In analogy to 7th from filtering 13 . Starting from the first injection E1 becomes the first combustion release function CEF1 with the first Wiebe length WL1 for this injection E1 provided. In this case, the probability W that the combustion will start after the first Wiebe length WL1 is 50%. Here, too, there is a very strong increase in the burned fuel mass m comb only when the first combustion release function CEF1 has risen to a probability W of approx. 40%. The time profile of the burned fuel mass m comb then follows the time profile for half of the fuel mass m ba available for combustion (dashed line).

Es findet dann eine zweite Einspritzung E2 statt, sodass sich die eingespritzte Kraftstoffmasse minj erhöht, wobei immer noch ein Teil der in der ersten Einspritzung E1 eingespritzten Kraftstoffmasse minj im Zylinder vorhanden ist. Auch hier ist eine Wartezeit tw2 für diese zweite Einspritzung E2 vorgesehen. Der zeitliche Verlauf der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba ergibt sich für die zweite Einspritzung E2 ebenfalls aus der Filterung 13, wobei auch hier ein Teil der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba aus der ersten Einspritzung E1 vorhanden ist. Ausgehend von der zweiten Einspritzung E2 wird die zweite Verbrennungsfreigabefunktion CEF2 mit der ersten Wiebe-Länge WL2 für diese Einspritzung E2 bereitgestellt. Nun beträgt die Wahrscheinlichkeit W, dass die Verbrennung nach der Wiebe-Länge WL startet, 100%, da eine größere für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse mba aus beiden Einspritzungen E1 und E2 vorhanden ist. Es kommt wiederum erst zu einem sehr starken Anstieg der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb, wenn die zweite Verbrennungsfreigabefunktion CEF2 auf eine Wahrscheinlichkeit W von ca. 90% angestiegen ist. Anschließend folgt der zeitliche Verlauf der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb dem zeitlichen Verlauf für die für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mba.A second injection then takes place E2 instead, so that the injected fuel mass m inj increased, still some of that in the first injection E1 injected fuel mass m inj is present in the cylinder. Again, there is a wait t w2 for this second injection E2 intended. The time course of the fuel mass m ba available for the combustion results for the second injection E2 also from the filtering 13 Here, too, a part of the is available for combustion standing fuel mass m ba from the first injection E1 is available. Starting from the second injection E2 becomes the second combustion release function CEF2 with the first Wiebe length WL2 for this injection E2 provided. The probability W that the combustion will start after the Wiebe length WL is now 100%, since there is a greater fuel mass mba available for the combustion from both injections E1 and E2 is available. In turn, there is only a very strong increase in the burned fuel mass m comb when the second combustion release function CEF2 has risen to a probability W of approx. 90%. The time profile of the burned fuel mass m comb then follows the time profile for the fuel mass m ba available for combustion.

9 zeigt einen Vergleich zwischen dem modellierten Druck pm und einem maximal gemessenen Druck pmessmax und einem minimal gemessenen Druck pmessmin für unterschiedliche Einspritzwinkel Φ zwischen -60°CA und +60°CA. Der modellierten Druck pm liegt fast immer zwischen den beiden gemessenen Drücken pmessmax und pmessmin oder entspricht diesen. Der Verlauf des Drucks wird genau nachgebildet und der Einschnitt bei 0°CA ist deutlich zu erkennen. 9 shows a comparison between the modeled pressure p m and a maximum measured pressure p measmax and a minimum measured pressure p measmin for different injection angles Φ between -60 ° CA and + 60 ° CA. The modeled print p m is almost always between the two measured pressures p measmax and p measmin or corresponds to these. The course of the pressure is reproduced exactly and the incision at 0 ° CA can be clearly seen.

Das Verfahren kann dazu verwendet werden, ein Drehmoment M zu berechnen. In 2a ist, wie bereits beschrieben, der Zyklus der Kompression, Verbrennung und Dekompression im Zylinder in einem Druck-Volumen-Diagramm mit logarithmischen Achsen (logp-logV-Diagramm) dargestellt. Der Punkt II, an dem die Verbrennung startet, wird aus der Wiebe-Länge WL ermittelt und der Punkt III, an dem die Verbrennung endet, wird dann aus der Geschwindigkeit der Verbrennung und der verbrannten Kraftstoffmasse mcomb berechnet. Wie ebenfalls in Zusammenhang mit 2a und 2b bereits beschrieben, findet zwischen Punkt I und Punkt II sowie zwischen Punkt III und Punkt IV eine adiabatische Zustandsänderung statt. Diese sind in der doppellogarithmischen Darstellung im Diagramm in 2a als Geraden dargestellt. Das Drehmoment M der Hochdruckschleife ist die Fläche innerhalb der Kurven zwischen den Punkten I, II, III und IV.The method can be used to generate a torque M. to calculate. In 2a As already described, the cycle of compression, combustion and decompression in the cylinder is shown in a pressure-volume diagram with logarithmic axes (logp-logV diagram). The point II at which the combustion starts is determined from the Wiebe length WL and the point III at which the combustion ends is then calculated from the speed of the combustion and the burned fuel mass m comb . As also in connection with 2a and 2 B already described, an adiabatic change of state takes place between point I and point II and between point III and point IV. These are shown in the double logarithmic representation in the diagram in 2a shown as straight lines. The torque M. the high pressure loop is the area within the curves between points I, II, III and IV.

Es werden vor dem Start der Verbrennung bereits mehrere modellierte Drücke pm1 , pm2 ... pmk mittels der Adiabatengleichung (siehe oben) ermittelt, wobei die Adiabatenkoeffizienten bereits in Zusammenhang mit 2b bei der Ermittlung der modellierten Drücke berechnet wurden. Hier kann das Drehmoment M durch aufsummieren gebildet werden. Während der Verbrennung, das heißt zwischen Punkt II und Punkt III werden, wie auch in 9 gezeigt, deutlich mehr modellierte Drücke ermittelt. Hier wird das Drehmoment aufintegriert. Nach dem Ende der Verbrennung werden wieder mehrere modellierte Drücke p'm1 , p'm2 ... p'mk mittels der Adiabatengleichung ermittelt, wobei die Adiabatenkoeffizienten ebenfalls bereits in Zusammenhang mit 2b bei der Ermittlung der modellierten Drücke berechnet wurden. Hier kann das Drehmoment M ebenfalls durch Aufsummieren gebildet werden. Durch die Adiabatengleichung können mehrere modellierten Drücke pm1 , pm2 ... pmk , p'm1 , p'm2 ... p'mk in einfacher Weise ermittelt werden. Das Drehmoment kann in diesen Bereichen einfach aufsummiert werden.Several pressures are modeled before the start of combustion p m1 , p m2 ... p mk determined by means of the adiabatic equation (see above), the adiabatic coefficients already in connection with 2 B were calculated when determining the modeled pressures. Here the torque can M. can be formed by adding up. During the combustion, i.e. between point II and point III, as in 9 shown, significantly more modeled pressures determined. The torque is integrated here. After the end of the combustion, several pressures are modeled again p ' m1 , p ' m2 ... p ' mk determined by means of the adiabatic equation, the adiabatic coefficients also already in connection with 2 B were calculated when determining the modeled pressures. Here the torque can M. can also be formed by adding up. The adiabatic equation allows several modeled pressures p m1 , p m2 ... p mk , p ' m1 , p ' m2 ... p ' mk can be determined in a simple manner. The torque can simply be added up in these areas.

Nachfolgend ist eine Formel zur Ermittlung des Drehmoments gemäß des genannten Verfahrens gezeigt: M = N Z 4 π ( { Φ i = Φ S t a r t c a l c Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ S t a r t i n j Δ Φ p ( Φ i ) V ( Φ ) κ i ( V i ) V ( Φ ) 1 κ i ( V i ) 1 κ i ( V i ) ] Φ i Φ i + 1 + S t a r t i n j E n d c o m b p ( Φ ) d V ( Φ ) { Φ i = Φ E n d c o m b Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ S t a r t c a l c Δ Φ p ( Φ i ) V ( Φ ) κ i ( V i ) V ( Φ ) 1 κ i ( V i ) 1 κ i ( V i ) ] Φ i Φ i + 1 p e n v ( V ( Φ E n d c a l c ) V ( Φ S t a r t c a l c ) )

Figure DE102019203312A1_0016
Below is a formula for determining the torque according to the method mentioned: M. = N Z 4th π ( { Φ i = Φ S. t a r t c a l c Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ S. t a r t i n j - Δ Φ p ( Φ i ) V ( Φ ) κ i ( V i ) V ( Φ ) 1 - κ i ( V i ) 1 - κ i ( V i ) ] Φ i Φ i + 1 + S. t a r t i n j E. n d c O m b p ( Φ ) d V ( Φ ) { Φ i = Φ E. n d c O m b Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ S. t a r t c a l c - Δ Φ p ( Φ i ) V ( Φ ) κ i ( V i ) V ( Φ ) 1 - κ i ( V i ) 1 - κ i ( V i ) ] Φ i Φ i + 1 - p e n v ( V ( Φ E. n d c a l c ) - V ( Φ S. t a r t c a l c ) )
Figure DE102019203312A1_0016

Die Drücke p(Φi), die Volumina V(Φ) und die Adiabatenkoeffizienten κi(Vi) sind bereits im obengenannten Zylinderdruckmodell 3 berechnet worden.The pressures p (Φ i ), the volumes V (Φ) and the adiabatic coefficients κ i (V i ) are already in the cylinder pressure model mentioned above 3 has been calculated.

Der Term für die Verbrennung kann weiter vereinfacht werden, indem ein Riemann-Integral verwendet wird. S t a r t i n j E n d c o m b p ( Φ i ) d V ( Φ ) = { Φ i = Φ S t a r t i n j Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ E n d c o m b Δ Φ p ( Φ i ) + p ( Φ i + 1 ) 2 ( V ( Φ i + 1 ) V i ( Φ i ) )

Figure DE102019203312A1_0017
The term for the combustion can be further simplified by using a Riemann integral. S. t a r t i n j E. n d c O m b p ( Φ i ) d V ( Φ ) = { Φ i = Φ S. t a r t i n j Φ i + 1 = Φ i + Δ Φ Φ E. n d c O m b - Δ Φ p ( Φ i ) + p ( Φ i + 1 ) 2 ( V ( Φ i + 1 ) - V i ( Φ i ) )
Figure DE102019203312A1_0017

Eine solche Berechnung des Drehmoments lässt sich im elektronischen Steuergerät durchführen.Such a calculation of the torque can be carried out in the electronic control unit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • „Prediction of In-Cylinder Pressure, Temperature, and Loads Related to the Crank Slider Mechanism of I. C. Engines: A Computational Model‟, Carlos Alberto Romero Piedrahita et al., Conference Paper of conference SAE 2003 World Congress, at Cobo Center, Detroit, USA, March 2003 [0004]"Prediction of In-Cylinder Pressure, Temperature, and Loads Related to the Crank Slider Mechanism of IC Engines: A Computational Model", Carlos Alberto Romero Piedrahita et al., Conference Paper of conference SAE 2003 World Congress, at Cobo Center, Detroit, USA, March 2003 [0004]

Claims (11)

Verfahren zum Modellieren eines Drucks (pm) in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine, wobei Kraftstoff über zumindest einen Injektor in den Zylinder eingespritzt wird und ein Kolben im Zylinder über eine Welle zyklisch angetrieben wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Ermitteln einer eingespritzten Kraftstoffmasse (minj) aus einem Modells (10) für den zumindest einen Injektor; - Filterung (12) der eingespritzten Kraftstoffmasse (minj), um eine für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse (mba) zu ermitteln und um die Geschwindigkeit der Verbrennung des Kraftstoffs zu ermitteln; - Ermitteln der Wahrscheinlichkeit (W) für einen Start der Verbrennung abhängig von einem Einspritzwinkel (Φ) und einer kumulierten eingespritzten Kraftstoffmasse (mkum); - Ermitteln einer Zeit, bevor die Verbrennung startet, abhängig von Einspritzwinkeln (Φ) und einem anfänglichen Druck (pA) im Zylinder mittels Wiebe-Längen (WL, WL1, WL2) für alle Einspritzungen (E, E1, E2); - Berechnen (40) einer bei der Verbrennung verbrannten Kraftstoffmasse (mcomb) aus der für die Verbrennung zur Verfügung stehende Kraftstoffmasse (mba), der Wahrscheinlichkeit (W) für den Start der Verbrennung und aus der Wiebe-Länge (WL); und - Ermitteln des modellierten Drucks (pm) aus der verbrannten Kraftstoff masse (mcomb).Method for modeling a pressure (p m ) in a cylinder of an internal combustion engine, wherein fuel is injected into the cylinder via at least one injector and a piston in the cylinder is cyclically driven via a shaft, characterized by the following steps: Determination of an injected fuel mass ( m inj ) from a model (10) for the at least one injector; - Filtering (12) of the injected fuel mass (m inj ) in order to determine a fuel mass (m ba ) available for the combustion and to determine the speed of combustion of the fuel; - Determining the probability (W) for a start of the combustion as a function of an injection angle (Φ) and an accumulated injected fuel mass (m kum ); - Determination of a time before the combustion starts, depending on the injection angles (Φ) and an initial pressure (p A ) in the cylinder by means of Wiebe lengths (WL, WL1, WL2) for all injections (E, E1, E2); - Calculating (40) a fuel mass (m comb ) burned during the combustion from the fuel mass (m ba ) available for the combustion, the probability (W) for the start of the combustion and from the Wiebe length (WL); and - determining the modeled pressure (p m ) from the burned fuel mass (m comb ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiebe-Längen (WL) in einem Kennfeld (30) hinterlegt sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the Wiebe lengths (WL) are stored in a map (30). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit (W) für den Start der Verbrennung in einem Kennfeld (20) hinterlegt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the probability (W) for the start of the combustion is stored in a characteristic map (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit für die Verdampfung des eindosierten Kraftstoffs und die Zeit, bis der Kraftstoff den Ort, an dem der Kraftstoff verbrannt wird, erreicht, als Wartezeit (tw) beim Ermitteln der Zeit, bevor die Verbrennung startet, berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time for the evaporation of the metered fuel and the time until the fuel reaches the place at which the fuel is burned as waiting time (t w ) when determining the time before the combustion starts is taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der verbrannten Kraftstoffmasse (mcomb) ein Wärmetransport aus dem Brennraum des Zylinders nur in einem vorgebbaren Bereich um den oberen Totpunkt der Verbrennungsmaschine berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when calculating the burned fuel mass (m comb ), heat transport from the combustion chamber of the cylinder is only taken into account in a predeterminable area around the top dead center of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennungsgeschwindigkeit abhängig von rückgeführtem Abgas (mEG) berechnet wird und bei der Filterung (12) des Kraftstoffflusses miteinfließt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a combustion speed is calculated as a function of the recirculated exhaust gas (m EG ) and is included in the filtering (12) of the fuel flow. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zeit, bevor die Verbrennung startet, ein Start der Verbrennung ermittelt wird und aus einer Geschwindigkeit der Verbrennung und der verbrannten Kraftstoffmasse (mcomb) ein Ende der Verbrennung ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a start of the combustion is determined from the time before the combustion starts and an end of the combustion is determined from a speed of the combustion and the burned fuel mass (m comb ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment (M) der Verbrennungsmaschine mittels dem modellierten Druck (pm, pm,1, pm,2, pm,k, p'm,1, pm,k) im Zylinder berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a torque (M) of the internal combustion engine by means of the modeled pressure (p m , p m, 1 , p m, 2 , p m, k , p ' m, 1 , p m, k ) is calculated in the cylinder. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.Computer program which is set up, each step of the method according to one of the Claims 1 to 8th perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program is based Claim 9 is stored. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 den Druck im Zylinder einer Verbrennungsmaschine zu modellieren.Electronic control device which is set up to use a method according to one of the Claims 1 to 8th to model the pressure in the cylinder of an internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102021209209A1 (en) 2021-08-23 2023-02-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for controlling an internal combustion engine

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