DE102020206798A1 - Method for the automated measurement of a characteristic map of an internal combustion engine on a test bench and a control device for controlling a test bench - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Vermessen eines Kennfeldes einer Brennkraftmaschine (3) auf einem Prüfstand (1), wobeia) für das zu vermessende, durch einen Verbrennungsschwerpunkt und ein Verbrennungsluft-/Brennstoffverhältnis, das heißt einen Lambdawert (λ), aufgespannte Kennfeld ein Start-Wertepaar (7) für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert (λ) in einer geschätzten Kennfeldmitte des Kennfelds bei einer vorbestimmten Schadstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine (3) bestimmt wird, wobeib) ausgehend von dem Start-Wertepaar (7) schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert (λ) zu geringeren Werten unter der Bedingung verändert werden, dass die vorbestimmte Schadstoffkonzentration beibehalten wird, wobei entsprechende Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert (λ) gespeichert werden, bisc) eine erste Grenze (11) erreicht wird, wobeid) ausgehend von dem Start-Wertepaar (7) schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach früh und der Lambdawert (λ) zu höheren Werten unter der Bedingung verändert wird, dass die vorbestimmte Schadstoffkonzentration beibehalten wird, wobei entsprechende Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert (λ) gespeichert werden, bise) eine zweite Grenze (13) erreicht wird, wobei der Verbrennungsschwerpunkt an der zweiten Grenze (13) als Grenz-Verbrennungsschwerpunkt (15) gespeichert wird, wobeif) der Lambdawert (λ) schrittweise angehoben wird, bis eine dritte Grenze (17) in einem ersten Grenz-Wertepaar (19) aus dem Verbrennungsschwerpunkt und dem Lambdawert (λ) erreicht wird, wobeig) ausgehend von dem ersten Grenz-Wertepaar (19) an der dritten Grenze (17) schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert (λ) zu geringeren Werten entlang der dritten Grenze (17) verändert werden, wobei entsprechende Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert (λ) gespeichert werden, bis die erste Grenze (11) erreicht wird, wobeih) entlang der ersten Grenze (11) schrittweise der Lambdawert (λ) zu geringeren Werten verändert und bei Abweichung von der ersten Grenze (11) der Verbrennungsschwerpunkt variiert wird, um an der ersten Grenze (11) zu bleiben, wobei entsprechende Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts (λ) gespeichert werden, bis die zweite Grenze (13) in einem zweiten Grenz-Wertepaar (21) aus dem Verbrennungsschwerpunkt und dem Lambdawert (λ) erreicht wird, wobeii) ausgehend von dem zweiten Grenz-Wertepaar (21) schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach früh und der Lambdawert (λ) zu höheren Werten entlang der zweiten Grenze (13) verändert werden, wobei entsprechende Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts (λ) gespeichert werden, bis die dritte Grenze (17) erreicht wird, wobei entlang der dritten Grenze (17) schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert (λ) zu geringeren Werten verändert werden, wobei entsprechende Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts (λ) gespeichert werden, bis der Verbrennungsschwerpunkt auf der dritten Grenze (17) gleich dem Grenz-Verbrennungsschwerpunkt (15) ist.The invention relates to a method for the automated measurement of a characteristic map of an internal combustion engine (3) on a test stand (1), whereby a) a map to be measured is spanned by a combustion focal point and a combustion air / fuel ratio, i.e. a lambda value (λ) Starting value pair (7) for the combustion center of gravity and the lambda value (λ) is determined in an estimated map center of the characteristic map at a predetermined pollutant concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine (3), whereby the combustion focus is gradually adjusted based on the starting value pair (7) late and the lambda value (λ) can be changed to lower values under the condition that the predetermined pollutant concentration is maintained, corresponding values for the center of combustion and the lambda value (λ) being stored until c) a first limit (11) is reached, whereby ) proceeding from the start value pair (7) step by step the combustion sc The emphasis is on early and the lambda value (λ) is changed to higher values under the condition that the predetermined pollutant concentration is maintained, with corresponding values for the combustion focus and the lambda value (λ) being stored until a second limit (13) is reached , wherein the combustion focus at the second limit (13) is stored as the limit combustion focus (15), wherebyif) the lambda value (λ) is gradually increased until a third limit (17) in a first limit value pair (19) from the Combustion center of gravity and the lambda value (λ) is reached, whereby) starting from the first limit value pair (19) at the third limit (17) gradually the combustion center of gravity towards late and the lambda value (λ) to lower values along the third limit (17) can be changed, corresponding values for the center of combustion and the lambda value (λ) are stored until the first limit (11) is reached, with h) along of the first limit (11), the lambda value (λ) is gradually changed to lower values and, if there is a deviation from the first limit (11), the combustion focus is varied in order to remain at the first limit (11), with corresponding values of the combustion focus and the lambda value (λ) are stored until the second limit (13) is reached in a second limit value pair (21) from the combustion center of gravity and the lambda value (λ), i) starting from the second limit value pair (21) gradually following the combustion center of gravity early and the lambda value (λ) can be changed to higher values along the second limit (13), with corresponding values of the center of combustion and the lambda value (λ) being stored until the third limit (17) is reached, with the third limit ( 17) the combustion center of gravity and the lambda value (λ) are gradually changed to lower values, with corresponding values of the combustion center of gravity and de s lambda value (λ) are stored until the combustion center of gravity on the third limit (17) is equal to the limit combustion center of gravity (15).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Vermessen eines Kennfeldes einer Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand sowie ein Steuergerät zur Steuerung eines Prüfstands einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for the automated measurement of a characteristic diagram of an internal combustion engine on a test bench and a control device for controlling a test bench of an internal combustion engine.
Prüfstände zur Vermessung von Kennfeldern von Brennkraftmaschinen werden typischerweise manuell durch einen sogenannten Prüfstandsfahrer betrieben. Dabei versucht der Prüfstandsfahrer einerseits auf der Grundlage von Vorkenntnissen über das erwartete Verhalten der Brennkraftmaschine und andererseits anhand seiner durch Erfahrung oder Anleitung erworbenen Intuition, die Grenzen des Kennfeldes abzutasten. Somit ist aber die Qualität der erhobenen Daten direkt abhängig von den kognitiven Fähigkeiten und der Tagesform des Prüfstandsfahrers.Test stands for measuring engine characteristics are typically operated manually by what is known as a test stand driver. The test bench driver tries, on the one hand, on the basis of previous knowledge of the expected behavior of the internal combustion engine and, on the other hand, on the basis of his or her intuition acquired through experience or instruction, to probe the limits of the characteristic diagram. However, the quality of the data collected is therefore directly dependent on the cognitive abilities and the daily form of the test bench driver.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatisierten Vermessen eines Kennfelds einer Brennkraftmaschine sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Prüfstands für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile höchstens in vermindertem Umfang, vorzugsweise nicht auftreten.The invention is based on the object of creating a method for the automated measurement of a characteristic map of an internal combustion engine and a control device for controlling a test bench for an internal combustion engine, the disadvantages mentioned occurring at most to a reduced extent, preferably not at all.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved in that the present technical teaching is provided, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum automatisierten Vermessen eines Kennfelds einer Brennkraftmaschine auf einem Prüfstand geschaffen wird, bei welchem a) für das zu vermessende, durch einen Verbrennungsschwerpunkt und ein Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnis, im Folgenden als Lambdawert bezeichnet, aufgespannte Kennfeld ein Start-Wertepaar, umfassend einen Startwert für den Verbrennungsschwerpunkt und einen Startwert für den Lambdawert, in einer geschätzten Kennfeldmitte des Kennfelds derart bestimmt wird, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem Start-Wertepaar eine vorbestimmte Schadstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine vorliegt. Die Brennkraftmaschine wird mit dem Start-Wertepaar betrieben. Es wird b) ausgehend von den Startwerten - im Betrieb der Brennkraftmaschine - schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert zu geringeren Werten derart verändert, dass dabei die vorbestimmte Schadstoffkonzentration beibehalten wird. Dabei werden solche Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert, für die diese Bedingung erfüllt ist, gespeichert.The object is achieved in particular by creating a method for the automated measurement of a map of an internal combustion engine on a test bench, in which a) a start is made for the map to be measured by a combustion center of gravity and a combustion air-fuel ratio, hereinafter referred to as lambda value -Value pair, comprising a start value for the center of combustion and a start value for the lambda value, is determined in an estimated map center of the map in such a way that when the internal combustion engine is operated with the start value pair, a predetermined pollutant concentration is present in the exhaust gas of the internal combustion engine. The internal combustion engine is operated with the start value pair. Starting from the starting values - during operation of the internal combustion engine - the combustion center of gravity is gradually changed to a late stage and the lambda value is changed to lower values in such a way that the predetermined pollutant concentration is maintained. Values for the center of combustion and the lambda value for which this condition is met are saved.
Diese schrittweise Veränderung des Verbrennungsschwerpunkt und des Lambdawerts gemäß b) wird solange wiederholt, bis c) eine erste Grenze in dem zu vermessenden Kennfeld erreicht wird.This step-by-step change in the center of combustion and the lambda value according to b) is repeated until c) a first limit is reached in the characteristic diagram to be measured.
Es wird dann d) ausgehend von dem Start-Wertepaar schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach früh und der Lambdawert zu höheren Werten derart verändert, dass die vorbestimmte Schadstoffkonzentration beibehalten wird. Wiederum werden diejenigen Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert gespeichert, für welche diese Bedingung eingehalten ist.Then, d) proceeding from the start value pair, the combustion center of gravity is gradually changed towards the early stage and the lambda value is changed to higher values in such a way that the predetermined pollutant concentration is maintained. Again, those values for the center of combustion and the lambda value are stored for which this condition is met.
Die schrittweise Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts gemäß d) wird solange wiederholt, bis e) eine zweite Grenze in dem zu vermessenden Kennfeld erreicht wird, wobei der Verbrennungsschwerpunkt an der zweiten Grenze als Grenz-Verbrennungsschwerpunkt gespeichert wird.The step-by-step change in the combustion focus and the lambda value according to d) is repeated until e) a second limit is reached in the map to be measured, the combustion focus at the second limit being stored as the limit combustion focus.
Das Kennfeld wird also zunächst in einem mittleren Bereich entlang der vorbestimmten Schadstoffkonzentration ausgehend von dem Start-Wertepaar zunächst in dem Schritt b) in eine erste Richtung und anschließend in dem Schritt d) in eine zweite, entgegengesetzte Richtung abgetastet, bis jeweils eine vorbestimmte Grenze erreicht ist.The map is therefore initially scanned in a central range along the predetermined pollutant concentration starting from the starting value pair, initially in step b) in a first direction and then in step d) in a second, opposite direction until a predetermined limit is reached in each case is.
Ausgehend von dem Wertepaar, an dem die zweite Grenze erreicht wurde und welches den Grenz-Verbrennungsschwerpunkt umfasst, wird nun f) der Lambdawert schrittweise angehoben, bis eine dritte Grenze in einem ersten Grenz-Wertepaar, umfassend einen Wert für den Verbrennungsschwerpunkt und einen Wert für den Lambdawert, erreicht wird. Dabei wird insbesondere der Verbrennungsschwerpunkt bei dem Wert des Grenz-Verbrennungsschwerpunkts konstant gehalten.Starting from the value pair at which the second limit has been reached and which includes the limit combustion focus, f) the lambda value is now gradually increased until a third limit in a first limit value pair, comprising a value for the combustion focus and a value for the lambda value is reached. In particular, the combustion center of gravity is kept constant at the value of the limit combustion center of gravity.
Das erste Grenz-Wertepaar umfasst somit insbesondere den Grenz-Verbrennungsschwerpunkt als Wert für den Verbrennungsschwerpunkt.The first limit value pair thus includes in particular the limit combustion center of gravity as a value for the combustion center of gravity.
Es wird nun g) ausgehend von dem ersten Grenz-Wertepaar an der dritten Grenze schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert zu geringeren Werten entlang der dritten Grenze verändert, wobei entsprechende Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert gespeichert werden. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der Variation des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts darauf geachtet wird, dass das Kennfeld entlang der dritten Grenze abgetastet wird, wobei nur solche Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert gespeichert werden, die tatsächlich auf der dritten Grenze liegen. Die Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts gemäß g) wird solange fortgesetzt, bis erneut - auf Höhe der dritten Grenze - die erste Grenze erreicht wird. Dabei wird insbesondere ein Grenz-Wertepaar erreicht, in dem sich die dritte Grenze und die erste Grenze kreuzen.Starting from the first limit value pair at the third limit, the combustion center of gravity is now gradually changed to late and the lambda value to lower values along the third limit, with corresponding values for the combustion center of gravity and the lambda value being stored. This means, in particular, that when the combustion focus and the lambda value are varied, care is taken to ensure that the map is scanned along the third limit, with only those values being stored for the combustion focus and the lambda value that are actually on the third limit. The change in the The combustion center of gravity and the lambda value according to g) is continued until the first limit is reached again - at the level of the third limit. In particular, a limit value pair is achieved in which the third limit and the first limit intersect.
Es wird nun h) entlang der ersten Grenze schrittweise der Lambdawert zu geringeren Werten verändert. Ergibt sich dabei eine Abweichung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine von der ersten Grenze, wird der Verbrennungsschwerpunkt variiert, um an der ersten Grenze zu bleiben. Das Kennfeld wird also entlang der ersten Grenze abgetastet. Entsprechende Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts, die auf der ersten Grenze liegen, werden gespeichert. Die entsprechende Veränderung des Lambdawerts und gegebenenfalls des Verbrennungsschwerpunkts gemäß h) wird solange wiederholt, bis die zweite Grenze in einem zweiten Grenz-Wertepaar, umfassend einen Wert für den Verbrennungsschwerpunkt und einen Wert für den Lambdawert, erreicht wird. In dem zweiten Grenz-Wertepaar kreuzen sich nun insbesondere die erste Grenze und die zweite Grenze.Now h) the lambda value is gradually changed to lower values along the first limit. If the operating point of the internal combustion engine deviates from the first limit, the center of combustion is varied in order to remain at the first limit. The map is therefore scanned along the first limit. Corresponding values of the center of combustion and the lambda value, which lie on the first limit, are stored. The corresponding change in the lambda value and possibly the combustion center of gravity according to h) is repeated until the second limit is reached in a second limit value pair, comprising a value for the combustion center of gravity and a value for the lambda value. In the second limit value pair, the first limit and the second limit in particular now cross each other.
Es wird nun i) ausgehend von dem zweiten Grenz-Wertepaar schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach früh und der Lambdawert zu höheren Werten entlang der zweiten Grenze verändert. Die Veränderung erfolgt also so, dass das Kennfeld entlang der zweiten Grenze abgetastet wird. Dabei werden solche Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts gespeichert, die auf der zweiten Grenze liegen. Die entsprechende Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts gemäß i) wird solange wiederholt, bis die dritte Grenze erreicht wird.Now i) starting from the second limit value pair, the combustion center of gravity is gradually changed towards the early stage and the lambda value is changed to higher values along the second limit. The change is made in such a way that the map is scanned along the second limit. Those values of the center of combustion and the lambda value that lie on the second limit are stored. The corresponding change in the center of combustion and the lambda value according to i) is repeated until the third limit is reached.
Die dritte Grenze wird dabei insbesondere in einem Grenz-Wertepaar erreicht, in dem sich die zweite Grenze und die dritte Grenze schneiden.The third limit is reached in particular in a limit value pair in which the second limit and the third limit intersect.
Es wird dann - insbesondere ausgehend von diesem Grenz-Wertepaar - j) entlang der dritten Grenze schrittweise der Verbrennungsschwerpunkt nach spät und der Lambdawert zu geringeren Werten verändert. Das Kennfeld wird also wiederum - allerdings jenseits des Grenz-Verbrennungsschwerpunkts - entlang der dritten Grenze abgetastet. Solche Werte des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts, die auf der dritten Grenze liegen, werden gespeichert. Die entsprechende Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts und des Lambdawerts gemäß j) wird solange wiederholt, bis der Verbrennungsschwerpunkt erneut - auf der dritten Grenze - gleich dem Grenz-Verbrennungsschwerpunkt ist.Then - in particular on the basis of this limit value pair - j) along the third limit, the combustion center of gravity is changed step by step towards late and the lambda value is changed to lower values. The characteristic map is therefore in turn scanned along the third limit, albeit beyond the limit combustion center of gravity. Those values of the center of combustion and of the lambda value which lie on the third limit are stored. The corresponding change in the combustion center of gravity and the lambda value according to j) is repeated until the combustion center of gravity is again - on the third limit - the same as the limit combustion center of gravity.
Somit ist im Ergebnis das Kennfeld einmal ausgehend von dem Start-Wertepaar entlang einer Kennfeldlinie, die durch die vorbestimmte Schadstoffkonzentration definiert ist, in einem mittleren Bereich abgetastet, sowie einmal entlang seiner Grenzen umrundet. Das Kennfeld wird dabei durch die erste Grenze, die zweite Grenze und die dritte Grenze begrenzt, wobei die zweite Grenze einen ersten Schnittpunkt mit der ersten Grenze und einen zweiten Schnittpunkt mit der dritten Grenze aufweist, und wobei sich im Übrigen die erste Grenze und die dritte Grenze in einem weiteren Schnittpunkt schneiden. Das Kennfeld weist somit einen umschlossenen inneren Bereich auf, der zu allen Seiten durch die erste Grenze, die zweite Grenze und die dritte Grenze begrenzt ist. Insbesondere weist dabei die zweite Grenze einen bereichsweise stärker gekrümmten oder abgeknickten Verlauf auf, während die erste Grenze und die dritte Grenze im Wesentlichen entlang von Geraden oder über den gesamten Verlauf weniger gekrümmten Linien verlaufen.As a result, the map is scanned once, starting from the start value pair, along a map line defined by the predetermined pollutant concentration, in a central area, and once rounded along its boundaries. The map is limited by the first limit, the second limit and the third limit, the second limit having a first intersection with the first limit and a second intersection with the third limit, and the first limit and the third Cut the border at another intersection. The map thus has an enclosed inner area which is delimited on all sides by the first limit, the second limit and the third limit. In particular, the second border has a course that is more strongly curved or kinked in some areas, while the first border and the third border run essentially along straight lines or lines that are less curved over the entire course.
Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insbesondere in vorteilhafter Weise eine automatisierte Vermessung des Kennfelds auf der Grundlage einer standardisierten, rationalen Vorgehensweise. Dabei kann das Verfahren vorteilhaft ohne Eingriff des Prüfstandsfahrers auf dem Steuergerät des Prüfstands durchgeführt werden. Somit ist das Ergebnis mit Blick auf die Vermessung des Kennfelds nicht mehr abhängig von subjektiven Eigenschaften des Prüfstandsfahrers. Insbesondere ist das Ergebnis reproduzierbar.The method proposed here particularly advantageously enables automated measurement of the characteristic diagram on the basis of a standardized, rational procedure. In this case, the method can advantageously be carried out without intervention by the test stand driver on the control unit of the test stand. Thus, with a view to the measurement of the characteristic map, the result is no longer dependent on the subjective characteristics of the test bench driver. In particular, the result is reproducible.
Unter dem Verbrennungsschwerpunkt wird insbesondere ein Zeitpunkt oder ein Kurbelwellenwinkel verstanden, bei dem 50 % der eingesetzten Brennstoffmasse oder 50 % der in Form des Brennstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebrachten chemischen Energie umgesetzt sind. Dass der Verbrennungsschwerpunkt nach früh verändert wird, bedeutet insbesondere, dass er relativ zu einer oberen Totpunktlage eines Kolbens der bevorzugt als Hubkolbenmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine, die einen Kompressionstakt von einem Arbeitstakt trennt, und die auch als Zünd-OT bezeichnet wird, in Richtung eines früheren Zeitpunkts oder eines früheren Kurbelwellenwinkels verändert wird, insbesondere wird er näher an den Zünd-OT heranverlegt, wenn der Verbrennungsschwerpunkt zeitlich nach dem Zünd-OT liegt. Entsprechend bedeutet eine Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts nach spät, dass der Verbrennungsschwerpunkt relativ zu dem Zünd-OT in Richtung eines späteren Zeitpunkts oder späteren Kurbelwellenwinkels verschoben wird, wobei er insbesondere weiter von dem Zünd-OT entfernt wird, wenn der Verbrennungsschwerpunkt zeitlich nach dem Zünd-OT liegt. Der Verbrennungsschwerpunkt ist typischerweise assoziiert mit einem Zündzeitpunkt, insbesondere kann er durch Wahl des Zündzeitpunkts vorgegeben werden. Eine Verstellung des Verbrennungsschwerpunkts nach früh oder spät kann insbesondere durch Veränderung des Zündzeitpunkts bewirkt werden. Dabei korrespondiert eine Veränderung des Zündzeitpunkts nach früh oder spät in analoger Weise mit einer Veränderung des Verbrennungsschwerpunkts nach früh oder spät, wobei allerdings der Zündzeitpunkt typischerweise vor dem Zünd-OT liegt. Somit bedeutet eine Veränderung des Zündzeitpunkts nach früh eine Vergrößerung der Entfernung des Zündzeitpunkts von dem Zünd-OT, wobei eine Veränderung des Zündzeitpunkts nach spät eine Annäherung des Zündzeitpunkts an den Zünd-OT bedeutet.The combustion center of gravity is understood to mean, in particular, a point in time or a crankshaft angle at which 50% of the fuel mass used or 50% of the chemical energy introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine in the form of the fuel is converted. The fact that the combustion center of gravity is changed towards an early stage means in particular that it moves towards an earlier point in time relative to a top dead center position of a piston of the internal combustion engine, which is preferably designed as a reciprocating piston engine, which separates a compression stroke from an operating stroke and which is also referred to as ignition TDC or an earlier crankshaft angle is changed, in particular it is moved closer to the ignition TDC if the focus of combustion is after the ignition TDC. Correspondingly, a change in the center of combustion to late means that the center of combustion is shifted relative to ignition TDC in the direction of a later point in time or later crankshaft angle, in particular being further removed from ignition TDC if the combustion focus is after ignition TDC lies. The center of combustion is typically associated with an ignition point, in particular it can be specified by selecting the ignition point. An adjustment of the focus of the burn early or late can in particular by Change in the ignition timing can be effected. In this case, a change in the ignition point early or late corresponds in an analogous manner to a change in the center of combustion towards early or late, although the ignition point is typically before ignition TDC. Thus, a change in the ignition point early means an increase in the distance of the ignition point from the ignition TDC, a change in the ignition point late means an approach of the ignition point to the ignition TDC.
Eine Veränderung des Lambdawerts zu höheren Werten hin bedeutet eine Abmagerung eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Eine Veränderung des Lambdawerts zu geringeren Werten hin bedeutet eine Anfettung des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs. Eine Abmagerung bedeutet dabei eine Veränderung des Verbrennungsluft-/Brennstoff-Verhältnisses zugunsten der Verbrennungsluftmasse. Eine Anfettung bedeutet eine Veränderung des Verbrennungsluft-/Brennstoff-Verhältnisses zugunsten der Brennstoffmasse.A change in the lambda value towards higher values means a leaning of a combustion air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine. A change in the lambda value towards lower values means that the combustion air-fuel mixture is enriched. Leaning means a change in the combustion air / fuel ratio in favor of the combustion air mass. Enrichment means a change in the combustion air / fuel ratio in favor of the fuel mass.
Dass der Lambdawert in Schritt f) angehoben wird, bedeutet, dass der Lambdawert zu höheren Werten verändert wird.The fact that the lambda value is increased in step f) means that the lambda value is changed to higher values.
Eine schrittweise Veränderung des Lambdawerts und/oder des Verbrennungsschwerpunkts bedeutet insbesondere eine Veränderung um einen jeweiligen vorbestimmten Veränderungswert, insbesondere ein jeweiliges vorbestimmtes Inkrement oder Dekrement.A step-by-step change in the lambda value and / or the combustion center of gravity means, in particular, a change by a respective predetermined change value, in particular a respective predetermined increment or decrement.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Einzylinder-Motor, insbesondere Einzylinder-Versuchsmotor ausgebildet. Sie kann aber auch eine Mehrzahl von Brennräumen aufweisen.The internal combustion engine is preferably designed as a single-cylinder engine, in particular a single-cylinder test engine. But it can also have a plurality of combustion chambers.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine nach Schritt a) und vor Schritt b) bei dem Start-Wertepaar für ein vorbestimmtes Zeitintervall unter konstanten Bedingungen betrieben wird. Die Brennkraftmaschine wird zusätzlich nach dem Schritt c) und vor dem Schritt d) bei dem Start-Wertepaar für ein vorbestimmtes Zeitintervall unter konstanten Bedingungen betrieben. Die Brennkraftmaschine wird bevorzugt zusätzlich nach dem Schritt e) und vor dem Schritt f) bei dem Grenz-Verbrennungsschwerpunkt an der zweiten Grenze für ein vorbestimmtes Zeitintervall unter konstanten Bedingungen betrieben. Der Betrieb der Brennkraftmaschine unter konstanten Bedingungen ermöglicht jeweils eine Stabilisierung des Betriebs der Brennkraftmaschine unter den jeweiligen Betriebsbedingungen, sodass gewährleistet ist, dass aussagekräftige Werte für das Kennfeld unter Ausschluss transienter Effekte erhalten werden können.According to a further development of the invention, it is provided that the internal combustion engine is operated after step a) and before step b) for the start value pair for a predetermined time interval under constant conditions. The internal combustion engine is additionally operated after step c) and before step d) for the start value pair for a predetermined time interval under constant conditions. The internal combustion engine is preferably additionally operated after step e) and before step f) at the limit combustion center of gravity at the second limit for a predetermined time interval under constant conditions. The operation of the internal combustion engine under constant conditions enables the operation of the internal combustion engine to be stabilized under the respective operating conditions, so that it is ensured that meaningful values for the characteristic map can be obtained with the exclusion of transient effects.
Ein konstanter Betrieb der Brennkraftmaschine bedeutet dabei insbesondere, dass alle Parameter, insbesondere zumindest alle beeinflussbaren Parameter, im Betrieb der Brennkraftmaschine konstant gehalten werden.Constant operation of the internal combustion engine means in particular that all parameters, in particular at least all parameters that can be influenced, are kept constant during operation of the internal combustion engine.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Grenze ausgewählt ist aus einer vorbestimmten Abgastemperatur-Grenze und einer vorbestimmten Spätest-Grenze für den Verbrennungsschwerpunkt. Die erste Grenze kann also insbesondere definiert sein als eine vorbestimmte Maximaltemperatur für das Abgas der Brennkraftmaschine, die nicht überschritten werden soll oder darf. Sie kann andererseits aber auch definiert sein als eine vorbestimmte Spätest-Grenze für den Verbrennungsschwerpunkt, dass heißt einen spätesten Zeitpunkt oder spätesten Kurbelwellenwinkel, zu dem der Verbrennungsschwerpunkt liegen soll oder darf. Die Einhaltung dieser Bedingungen sichert insbesondere einen beschädigungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine.According to a further development of the invention, it is provided that the first limit is selected from a predetermined exhaust gas temperature limit and a predetermined latest limit for the center of combustion. The first limit can therefore in particular be defined as a predetermined maximum temperature for the exhaust gas from the internal combustion engine, which should not or must not be exceeded. On the other hand, however, it can also be defined as a predetermined latest limit for the combustion center of gravity, that is to say a latest point in time or the latest crankshaft angle at which the combustion center of gravity should or may be. Compliance with these conditions ensures, in particular, damage-free operation of the internal combustion engine.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Grenze ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer vorbestimmten Klopfgrenze, einer vorbestimmten Zündkerzen-Temperaturgrenze, und einer vorbestimmten Frühest-Grenze für den Verbrennungsschwerpunkt. Auch die Einhaltung dieser Bedingungen sichert einen beschädigungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine.According to a further development of the invention, it is provided that the second limit is selected from a group consisting of a predetermined knock limit, a predetermined spark plug temperature limit, and a predetermined earliest limit for the center of combustion. Compliance with these conditions also ensures damage-free operation of the internal combustion engine.
Die vorbestimmte Klopfgrenze ist bevorzugt definiert als vorbestimmter Grenzwert für einen Klopfindex, der bevorzugt aus einem insbesondere hochaufgelösten Brennraumdrucksignal bestimmt wird. Das Brennraumdrucksignal wird bevorzugt zuvor gefiltert. Insbesondere kann ein Mittelwert aller Amplituden von Einzelarbeitsspielen der Brennkraftmaschine als bevorzugt in Echtzeit zur Verfügung stehender Wert für den Klopfindex verwendet werden.The predetermined knock limit is preferably defined as a predetermined limit value for a knock index, which is preferably determined from a particularly high-resolution combustion chamber pressure signal. The combustion chamber pressure signal is preferably filtered beforehand. In particular, a mean value of all amplitudes of individual work cycles of the internal combustion engine can be used as a value for the knock index that is preferably available in real time.
Die vorbestimmte Zündkerzen-Temperaturgrenze ist insbesondere eine vorbestimmte Maximaltemperatur, gemessen an einer Zündkerze der Brennkraftmaschine oder in einer Umgebung der Zündkerze.The predetermined spark plug temperature limit is in particular a predetermined maximum temperature, measured on a spark plug of the internal combustion engine or in the vicinity of the spark plug.
Die vorbestimmte Frühest-Grenze für den Verbrennungsschwerpunkt ist - analog zu der vorbestimmten Spätest-Grenze für den Verbrennungsschwerpunkt - ein vorbestimmter frühester Zeitpunkt oder frühester Kurbelwellenwinkel, den der Verbrennungsschwerpunkt einnehmen darf.The predetermined earliest limit for the center of combustion is - analogously to the predetermined latest limit for the center of combustion - a predetermined earliest point in time or earliest crankshaft angle that the center of combustion is allowed to assume.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Grenze eine vorbestimmte Aussetzergrenze ist. Die Einhaltung der entsprechenden Grenze ermöglicht insbesondere einen ruhigen, aussetzerfreien Lauf der Brennkraftmaschine. Zur Bestimmung der vorbestimmten Aussetzergrenze wird bevorzugt eine Verbrennungsstabilität bewertet. Hierfür wird insbesondere ein Variationskoeffizient (Englisch: coefficient of variation - COV) des indizierten Mitteldrucks pmi ermittelt, wobei dieser Wert kurz auch als PMI_COV bezeichnet wird. Dieser Variationskoeffizient wird bevorzugt folgendermaßen bestimmt: Ein Indiziersystem zeichnet mittels eines Brennraumdrucksensors, insbesondere eines Piezo-Druckquarz, den Brennraumdruckverlauf im Brennraum über der Zeit oder dem Kurbelwellenwinkel auf. Der indizierte Mitteldruck pmi entspricht der indizierten Arbeit bezogen auf das Hubvolumen Vh:
Dabei ist p(V) der Brennraumdruck in Abhängigkeit von dem momentanen Brennraumvolumen V.Here p (V) is the combustion chamber pressure as a function of the current combustion chamber volume V.
Der Variationskoeffizient PMI_COV ist nun definiert als Quotient aus der Standardabweichung pmi,s und dem Erwartungswert - beziehungsweise bei einer vorliegenden Messreihe dem Mittelwert des indizierten Mitteldrucks pmi. Die Standardabweichung pmi,s ist dabei definiert als:
Demnach ist nun der Variationskoeffizient PMI_COV gemäß folgender Gleichung (3) definiert:
Die vorbestimmte Aussetzergrenze ist bevorzugt definiert durch einen vorbestimmten Grenzwert für den so definierten Variationskoeffizient PMI_COV.The predetermined dropout limit is preferably defined by a predetermined limit value for the coefficient of variation PMI_COV defined in this way.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die vorbestimmte Schadstoffkonzentration eine vorbestimmte Stickoxidkonzentration ist, insbesondere eine Gesamt-Stickoxidkonzentration. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Schadstoffkonzentration 500 mg/mn 3 (mg pro Normkubikmeter). Es lässt sich so besonders vorteilhaft eine Kennfeldlinie definieren, entlang derer das Kennfeld zumindest ungefähr in der Kennfeldmitte abgetastet werden kann.According to a development of the invention, it is provided that the predetermined pollutant concentration is a predetermined nitrogen oxide concentration, in particular a total nitrogen oxide concentration. The predetermined pollutant concentration is preferably 500 mg / m n 3 (mg per standard cubic meter). In this way, it is particularly advantageous to define a characteristic diagram line along which the characteristic diagram can be scanned at least approximately in the middle of the characteristic diagram.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lambdawert und der Verbrennungsschwerpunkt unter der zusätzlichen Bedingung variiert werden, dass ein Brennraumdruckgradient einen vorbestimmten Brennraumdruckgradient-Grenzwert nicht überschreitet. Dies gewährleistet zusätzlich einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine. Der Brennraumdruckgradient ist dabei insbesondere eine zeitliche Ableitung des Brennraumdruckverlaufs oder - äquivalent - eine Ableitung nach dem Kurbelwellenwinkel.According to a development of the invention it is provided that the lambda value and the combustion center of gravity are varied under the additional condition that a combustion chamber pressure gradient does not exceed a predetermined combustion chamber pressure gradient limit value. This also ensures safe operation of the internal combustion engine. The combustion chamber pressure gradient is in particular a time derivative of the combustion chamber pressure curve or - equivalently - a derivative according to the crankshaft angle.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lambdawert und der Verbrennungsschwerpunkt unter der zusätzlichen Bedingung variiert werden, dass ein Brennraumspitzendruck einen vorbestimmten Brennraumspitzendruck-Grenzwert nicht überschreitet. Auch dies gewährleistet vorteilhaft einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere ohne mechanische Beschädigung des Brennraums. Der Brennraumspitzendruck ist dabei ein Druckmaximum des Brennraumdruckverlaufs in dem Brennraum.According to a further development of the invention, it is provided that the lambda value and the combustion center of gravity are varied under the additional condition that a combustion chamber peak pressure does not exceed a predetermined combustion chamber peak pressure limit value. This also advantageously ensures safe operation of the internal combustion engine, in particular without mechanical damage to the combustion chamber. The peak combustion chamber pressure is a pressure maximum of the combustion chamber pressure curve in the combustion chamber.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lambdawert variiert wird, indem die dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluftmasse verändert wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Lambdawert bevorzugt variiert, indem die dem Brennraum zugeführte Brennstoffmasse verändert wird. Insbesondere ist es möglich, dass sowohl die zugeführte Verbrennungsluftmasse als auch die zugeführte Brennstoffmasse verändert werden. Beide Größen sind an einem Prüfstand typischerweise ohne weiteres einstellbar.According to a further development of the invention, it is provided that the lambda value is varied by changing the combustion air mass supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine. Alternatively or additionally, the lambda value is preferably varied by changing the fuel mass supplied to the combustion chamber. In particular, it is possible for both the supplied combustion air mass and the supplied fuel mass to be changed. Both variables can typically be easily adjusted on a test stand.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verbrennungsschwerpunkt variiert wird, indem der Zündzeitpunkt verändert wird. Dies ist ebenso an einem Prüfstand ohne weiteres möglich, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere mittels elektrischer Funkenzündung, Korona-Zündung, Laserzündung, Zündstrahlzündung, oder in anderer geeigneter Weise fremdgezündet ausgestaltet ist. Der Zündzeitpunkt bestimmt dabei zumindest im Wesentlichen den Verbrennungsschwerpunkt.Alternatively or additionally, it is preferably provided that the center of combustion is varied by changing the ignition point. This is also easily possible on a test stand, in particular if the internal combustion engine is designed as a spark ignition internal combustion engine, in particular by means of electrical spark ignition, corona ignition, laser ignition, pilot jet ignition, or some other suitable spark ignition. The ignition point at least essentially determines the focus of combustion.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Steuergerät zur Steuerung eines Prüfstands für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei das Steuergerät eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Steuergerät verwirklichen sich insbesondere die bereits zuvor genannten Vorteile.The object is finally also achieved by creating a control device for controlling a test bench for an internal combustion engine, the control device being set up to carry out a method according to the invention or a method according to one of the previously described ones Embodiments. In connection with the control device, the advantages already mentioned are realized in particular.
Die Schadstoffkonzentration im Abgas wird insbesondere gemessen. Auf diese Weise kann ohne weiteres festgestellt werden, ob die vorbestimmte Schadstoffkonzentration eingehalten ist.The pollutant concentration in the exhaust gas is measured in particular. In this way it can easily be determined whether the predetermined pollutant concentration has been maintained.
Entsprechend werden die Bedingungen für die erste Grenze, die zweite Grenze und die dritte Grenze gemessen. Insbesondere wird bevorzugt wenigstens ein Parameter gemessen, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der Verbrennungsluftmasse, der Brennstoffmasse, dem Brennraumdruckverlauf, der Abgastemperatur, der Zündkerzen-Temperatur, und einer Schadstoffkonzentration, insbesondere Stickoxidkonzentration, insbesondere Gesamt-Stickoxidkonzentration. Der Verbrennungsschwerpunkt wird insbesondere anhand des Brennraumdruckverlaufs bestimmt.The conditions for the first limit, the second limit and the third limit are measured accordingly. In particular, at least one parameter is preferably measured, selected from a group consisting of the combustion air mass, the fuel mass, the combustion chamber pressure curve, the exhaust gas temperature, the spark plug temperature, and a pollutant concentration, in particular nitrogen oxide concentration, in particular total nitrogen oxide concentration. The center of combustion is determined in particular on the basis of the combustion chamber pressure curve.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Prüfstands für eine Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts, und -
2 eine schematische Darstellung eines im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens zu vermessenden Kennfelds.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a test stand for an internal combustion engine with an embodiment of a control device, and -
2 a schematic representation of a map to be measured in the context of an embodiment of the method.
Im Rahmen des Verfahrens wird für das Kennfeld ein Start-Wertepaar
Ausgehend von dem Start-Wertepaar
Entsprechende Werte für den Verbrennungsschwerpunkt und den Lambdawert λ entlang der durch die vorbestimmte Schadstoffkonzentration definierten Kennfeldlinie
Sodann wird - siehe d) - ausgehend von dem Start-Wertepaar
Der Lambdawert λ wird nun - siehe f) - schrittweise angehoben, bis eine dritte Grenze
Ausgehend von dem ersten Grenz-Wertepaar
Nun wird - siehe h) - entlang der ersten Grenze
Nun wird - siehe i) - ausgehend von dem zweiten Grenz-Wertepaar
Nun wird - siehe j) - ausgehend von dem Schnittpunkt
Die Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Die erste Grenze
Die zweite Grenze
Die dritte Grenze
Die vorbestimmte Schadstoffkonzentration ist bevorzugt eine vorbestimmte Stickoxidkonzentration, insgesamt Gesamt-Stickoxidkonzentration, vorzugsweise 500 mg/mn 3. The predetermined pollutant concentration is preferably a predetermined nitrogen oxide concentration, total total nitrogen oxide concentration, preferably 500 mg / m n 3 .
Der Lambdawert λ und der Verbrennungsschwerpunkt werden bevorzugt unter der zusätzlichen Bedingung variiert, dass ein Brennraumdruckgradient einen vorbestimmten Brennraumdruckgradient-Grenzwert nicht überschreitet.The lambda value λ and the center of combustion are preferably varied under the additional condition that a combustion chamber pressure gradient does not exceed a predetermined combustion chamber pressure gradient limit value.
Der Lambdawert λ und der Verbrennungsschwerpunkt werden bevorzugt unter der zusätzlichen Bedingung variiert - insbesondere zusätzlich zu der zuvor genannten zusätzlichen Bedingung -, dass ein Brennraumspitzendruck einen vorbestimmten Brennraumspitzendruck-Grenzwert nicht überschreitet.The lambda value λ and the center of combustion are preferably varied under the additional condition - in particular in addition to the aforementioned additional condition - that a combustion chamber peak pressure does not exceed a predetermined combustion chamber peak pressure limit value.
Der Lambdawert wird bevorzugt variiert, indem eine dem Brennraum
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt der Verbrennungsschwerpunkt variiert, indem der Zündzeitpunkt ZZP verändert wird.Alternatively or additionally, the center of combustion is preferably varied by changing the ignition point ZZP.
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