DE102020215157A1

DE102020215157A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine, eingerichtet zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE102020215157A1
Application number: DE102020215157.1A
Authority: DE
Inventors: Marcel FOUQUET; Erika Schäfer
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei- in einem Arbeitszyklus eines Brennraums (3) der Brennkraftmaschine (1) zeitlich vor einem Entflammungsereignis wenigstens ein Frischladungsparameter bestimmt wird, der wenigstens eine Eigenschaft einer Frischladung in dem Brennraum (3) charakterisiert, wobei- ein Entflammungszeitpunkt desselben Arbeitszyklus abhängig von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter gewählt wird, wobei- als Brennkraftmaschine ein Dieselmotor betrieben wird, und wobei- der Entflammungszeitpunkt gewählt wird, indem wenigstens ein Einspritzparameter für eine Direkteinspritzung eines Dieselbrennstoffs in den Brennraum eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist grundsätzlich bekannt, den Brennraumdruck in wenigstens einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zu erfassen und den Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem erfassten Brennraumdruck zu regeln. Dabei wird typischerweise eine Regelung auf einen Mittelwert vorangegangener Arbeitsspiele, ein letztes Arbeitsspiel, oder auch auf sehr viel allgemeinere Größen durchgeführt. Ziel dieser Regelung ist es im Allgemeinen, die Verbrennung in verschiedenen Brennräumen hinsichtlich verschiedener Kenngrößen gleichzustellen. Bezüglich der verschiedenen Brennräume bestehen verschiedene Bedingungen insbesondere aufgrund verschiedener gasdynamischer Effekte, die sich auf den Ladungswechsel der einzelnen Brennräume auswirken, beispielsweise durch Unterschiede in den den Brennräumen jeweils zugeordneten Saugrohrlängen. Nachteilig an den bekannten Konzepten ist, dass lediglich Informationen aus vorangegangenen Arbeitsspielen zur Verbrennungssteuerung oder -regelung herangezogen werden können. Das aktuelle Arbeitsspiel bleibt dabei unberücksichtigt. Insbesondere da für das aktuelle Arbeitsspiel relevante Größen nicht in die Steuerung oder Regelung einbezogen werden, muss aus Vorsichtsgründen eine Spitzendruckregelung auf einen zu erwartenden maximalen Spitzendruck erfolgen, um in jedem Fall ein Überschreiten des maximal zulässigen Spitzendrucks zu verhindern. Dies steht - insbesondere in Verbindung mit Emissionsgrenzwerten -, einer Optimierung des Wirkungsgrads für den Betrieb der Brennkraftmaschine entgegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei welchem in einem Arbeitszyklus oder Arbeitsspiel - wobei die Begriffe „Arbeitszyklus“ und „Arbeitsspiel“ hier synonym verwendet werden - eines Brennraums der Brennkraftmaschine zeitlich vor einem Entflammungsereignis wenigstens ein Frischladungsparameter bestimmt wird, der wenigstens eine Eigenschaft einer Frischladung in dem Brennraum charakterisiert, wobei - in einer zyklusindividuellen Regelung - ein Entflammungszeitpunkt desselben Arbeitszyklus abhängig von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter gewählt wird. Als Brennkraftmaschine wird ein Dieselmotor betrieben, und der Entflammungszeitpunkt wird gewählt, indem wenigstens ein Einspritzparameter für eine Direkteinspritzung eines Dieselbrennstoffs in den Brennraum eingestellt wird. Durch die Bestimmung des wenigstens einen Frischladungsparameters in einem Arbeitszyklus und dessen Berücksichtigung bei der Wahl des Entflammungszeitpunkts in demselben Arbeitszyklus kann eine zyklusindividuelle Steuerung oder Regelung von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel durchgeführt werden, die Größen oder Parameter innerhalb desselben Arbeitsspiels berücksichtigt und die Verbrennung - durch Wahl des Entflammungszeitpunkts - hierauf optimal abstimmt. Insbesondere kann so individuell für das aktuelle Arbeitsspiel ein bestmöglicher Entflammungszeitpunkt gewählt werden, der darauf ausgerichtet ist, einen Zielkonflikt zwischen dem Wirkungsgrad einerseits und den Emissionen der Brennkraftmaschine andererseits unter den Randbedingungen einer mechanisch und thermisch zulässigen Belastung für den Brennraum, das heißt insbesondere unter Einhaltung eines maximalen Spitzendrucks, direkt innerhalb des Arbeitsspiels optimal einzuregeln. Es bedarf dann keiner rigorosen Spitzendruckregelung, weil die Gefahr einer Selbstzündung mit Überschreitung der gesetzten Grenzwerte, wie z.B. Spitzendruck, innerhalb des aktuellen Arbeitszyklus erkannt und hierauf entsprechend reagiert werden kann. Dies erlaubt es, den optimalen Spitzendruck in weiten Bereichen auszunutzen, und so den Wirkungsgrad unter Berücksichtigung der Emissionsgrenzwerte zu erhöhen.
Auf diese Weise kann der Zielkonflikt zwischen der Schiefstellung der Brennräume untereinander durch verschiedene Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnisse (Lambda) und Druckniveaus gelöst werden. Die Entflammung kann auf die Verhältnisse der aktuell vorliegenden Brennraumladung, das heißt der Frischladung, angepasst werden, sodass jeder einzelne Brennraum emissions- und wirkungsgradoptimiert betrieben werden kann. Somit kann insbesondere eine finale Korrektur von Steuerungs- oder Regelungsparametern durchgeführt werden, die aus überlagerten Regelkreisen stammen, wobei diese finalen Korrekturen großen Einfluss auf Wirkungsgrad, Emissionen und Bauteilbelastungen innerhalb der einzelnen Arbeitszyklen haben.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine als Rotationskolbenmotor ausgebildet ist. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist sowohl für Hubkolbenmaschinen als auch für Rotationskolbenmotoren anwendbar. Die Brennkraftmaschine kann als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor ausgebildet sein. Sie kann aber auch in einem anderen Betriebsverfahren betrieben werden, beispielsweise mit sechs Takten. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist bei beliebigen Taktzahlen anwendbar, insbesondere selbstverständlich im Zweitakt- oder Viertaktbetrieb.
Unter einem Dieselmotor wird hier insbesondere eine Brennkraftmaschine verstanden, die mit einem Brennverfahren betrieben wird, bei dem der Brennstoff durch Selbstzündung, insbesondere Kompressionszündung, entflammt wird. Die Verbrennung erfolgt weitgehend diffusiv. Entsprechend wird unter einem Dieselbrennstoff ein Brennstoff verstanden, der zur Selbstzündung geeignet ist. Insbesondere kann als Dieselbrennstoff Dieselöl, Dimethylether, Kerosin, oder ein anderer selbstzündender Brennstoff verwendet werden.
Bei einem auf Selbstzündung beruhenden Brennverfahren wird der Entflammungszeitpunkt insbesondere durch die Einbringung des Brennstoffs in den Brennraum bestimmt. Daher kann vorteilhaft der Entflammungszeitpunkt gewählt werden, indem ein Einspritzparameter eingestellt wird.
Unter „Direkteinspritzung“ wird hier insbesondere verstanden, dass der Brennstoff unmittelbar in den Brennraum, insbesondere mittels eines vorzugsweise an dem Brennraum angeordneten und in den Brennraum mündenden Injektors, eingebracht wird. Der Brennstoff kann aber auch in eine Vorkammer oder in eine Wirbelkammer oder in jede andere Form von geteiltem Brennraum eingebracht werden.
Unter einer Vorkammer wird insbesondere allgemein ein kleineres Teilvolumen eines Brennraums verstanden, wenn dieser in einen Hauptbrennraum - als das größere Teilvolumen - und die Vorkammer - als das kleinere Teilvolumen - unterteilt ist. Die Vorkammer ist somit insbesondere Teil des Brennraums. Die Vorkammer ist vorzugsweise über mindestens eine Überströmbohrung mit dem Hauptbrennraum strömungstechnisch verbunden. Die Vorkammer kann insbesondere als Teil einer Vorkammer-Zündeinrichtung, beispielsweise eines Vorkammer-Injektors ausgebildet sein. Die Vorkammer kann aber auch separat von der Zündeinrichtung oder dem Injektor vorgesehen sein, beispielsweise als in einen Zylinderkopf integriertes Volumen. In besonderer Ausgestaltung ist es möglich, dass die Vorkammer als Wirbelkammer ausgebildet ist. Die Vorkammer kann als gespülte Vorkammer mit separater Brennstoffzufuhr oder als ungespülte Vorkammer ausgebildet sein.
Der wenigstens eine Frischladungsparameter wird bevorzugt in einem Kompressionstakt des Arbeitszyklus bestimmt. Insbesondere wird er nach einem Schließen von dem Brennraum zur Zuführung von Frischladung zugeordneten Frischladungsöffnungen, insbesondere von Einlassventilen, bestimmt, wobei dann der Frischladungsparameter charakteristisch ist für die tatsächlich in dem Brennraum vorliegende, nicht umgesetzte Frischladung. Das Entflammungsereignis, mithin der Entflammungszeitpunkt, liegt insbesondere im Bereich eines Endes des Kompressionstakts, und der wenigstens eine Frischladungsparameter wird zeitlich vor dem Entflammungsereignis bestimmt, sodass der Entflammungszeitpunkt in Abhängigkeit von dem bestimmten Frischladungsparameter gewählt werden kann.
Der Entflammungszeitpunkt wird abhängig von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter in demselben Arbeitszyklus gewählt, in welchem auch der bestimmte Frischladungsparameter bestimmt wird. Dass der Entflammungszeitpunkt gewählt wird, bedeutet insbesondere, dass der Entflammungszeitpunkt beeinflusst, insbesondere ausgehend von einem vorbestimmten Wert für den Entflammungszeitpunkt verändert wird.
Der wenigstens eine Frischladungsparameter ist vorzugsweise charakteristisch für eine Zylinderfüllung des betrachteten Brennraums und/oder eine in dem Brennraum angeordnete Verbrennungsluft- oder Gemischmasse. Bei dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter kann es sich auch um einen Lambdawert, mithin ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, in dem Brennraum handeln. Diese Werte haben großen Einfluss auf den Verbrennungsverlauf, den Spitzendruck und die Emissionen, wobei der Entflammungszeitpunkt in Abhängigkeit von diesen Werten so gewählt werden kann, dass ein gewünschter Verbrennungsverlauf, ein gewünschter Spitzendruck, und/oder gewünschte Emissionen erzielt werden. Insbesondere wird der Entflammungszeitpunkt so gewählt, dass eine Selbstzündung mit Überschreitung der gesetzten Grenzwerte, wie z.B. Spitzendruck, vermieden wird, wobei zugleich der Wirkungsgrad maximiert und die Emissionen möglichst bei oder unterhalb von wenigstens einem hierfür vorgesehenen Grenzwert gehalten werden. Der Spitzendruck kann demgegenüber - unter Berücksichtigung insbesondere eines einzuhaltenden oder zu unterschreitenden, größeren maximalen Spitzendrucks - freigegeben werden, da aufgrund der zyklusindividuellen Regelung kein zusätzlicher Sicherheitsabstand vorgehalten werden muss. Gerade dies erlaubt eine Optimierung des Wirkungsgrads unter Einhaltung der Emissionsgrenzwerte.
Unter „Frischladung“ oder „Frischmasse“ wird hier insbesondere Verbrennungsluft, bevorzugt reine Verbrennungsluft verstanden, die allerdings mit rückgeführtem Abgas angereichert sein kann. Der Verbrennungsluft wird dann in dem Brennraum durch Direkteinspritzung der Brennstoff zugesetzt, wobei insbesondere durch wenigstens einen Einspritzparameter der Entflammungszeitpunkt bestimmt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb des Kompressionstakts zu verschiedenen Zeiten verschiedene, einen momentanen Brennraumdruck in dem Brennraum charakterisierende Brennraumdruck-Messwerte gemessen werden, wobei der dem Arbeitszyklus des Kompressionstakts zugeordnete Entflammungszeitpunkt abhängig von den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten gewählt wird. Gerade durch Ermittlung der Brennraumdruck-Messwerte zu verschiedenen Zeiten ist es möglich, Informationen über die Zylinderfüllung des Brennraums, insbesondere über die eingebrachte Frischladungsmasse und/oder - gegebenenfalls unter Heranziehung von Messwerten aus dem Abgaspfad insbesondere a posteriori, also nach der Verbrennung - den Lambdawert zu erhalten. Der Brennraumdruck p folgt dabei in dem Kompressionstakt zumindest im Wesentlichen der Adiabatengleichung $p \cdot V^{κ} = const .,$
wobei das zeitabhängig veränderliche Volumen V in dem Brennraum durch die Geometrie des Brennraums, die Verlagerungsbewegung eines dem Brennraum zugeordneten Kolbens, sei es ein Hubkolben oder ein Rotationskolben, sowie weitere bekannte und typischerweise unveränderliche Parameter vorgegeben und bekannt ist. Aus den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten kann somit der Adiabatenexponent κ bestimmt werden. Der Adiabatenexponent κ ist insbesondere charakteristisch für den Restgasanteil, sowie gegebenenfalls die Abgasrückführrate, das heißt den Anteil des rückgeführten Abgasmassenstroms zu dem Massenstrom, der dem Brennraum insgesamt zugeführt wird. Aus den einzelnen gemessenen Brennraumdruck-Messwerten kann darüber hinaus auf die momentane Masse in dem Brennraum, mithin auf die Zylinderfüllung, geschlossen werden. Die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte geben also insbesondere Auskunft über die Zylinderfüllung, gegebenenfalls aber auch über den Anteil rückgeführten Abgases bzw. Restgas. Der Entflammungszeitpunkt wird vorzugsweise insbesondere abhängig von der Zylinderfüllung und/oder dem Restgasanteil gewählt. Auf diese Weise kann die Verbrennung in dem Brennraum zyklus individuell optimiert werden, wobei zugleich Überschreitungen des maximal zulässigen Spitzendrucks sicher vermieden werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennraumdruck-Messwerte mit einem dem Brennraum zugeordneten Brennraumdrucksensor gemessen werden, wobei als Brennraumdruck-Messwerte von dem Brennraumdrucksensor erfasste Brennraumdruckwerte verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich werden bevorzugt elektrische Ausgangssignalwerte des Brennraumdrucksensors als Brennraumdruck-Messwerte verwendet. Ein Brennraumdruckwert in diesem Sinn ist ein unmittelbar einen Brennraumdruck bezeichnender Wert, der entweder direkt von dem Brennraumdrucksensor ausgegeben oder aus direkt von dem Brennraumdrucksensor ausgegebenen Messwerten oder Signalen ermittelt wird. Der Brennraumdrucksensor ist allerdings bevorzugt so ausgebildet, dass er elektrische Ausgangsignalwerte ausgibt, die - insbesondere linear - von dem momentanen Brennraumdruck abhängen. Insbesondere gibt der Brennraumdrucksensor als elektrischen Ausgangsignalwert eine Spannung aus, die abhängig, vorzugsweise proportional, von/zu dem momentanen Brennraumdruck ist. Besonders bevorzugt ist der Brennraumdrucksensor als Druckmessquarz ausgebildet, der druckabhängige elektrische Spannungswerte ausgibt. Werden unmittelbar die elektrischen Ausgangssignalwerte des Brennraumdrucksensors als Brennraumdruck-Messwerte verwendet, kann das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden, weil es keinerlei Umrechnung oder Nachbearbeitung der Ausgangssignalwerte des Brennraumdrucksensors bedarf. Dabei kann der Entflammungszeitpunkt oder eine Veränderung des Entflammungszeitpunkts in Abhängigkeit von den elektrischen Ausgangssignalwerten des Brennraumdrucksensors insbesondere in Form von Kennlinien oder Kennfeldern hinterlegt sein. Es bedarf dann keiner expliziten Berechnung beispielsweise des Adiabatenexponenten κ und/oder der Gemischmasse oder Zylinderfüllung, vielmehr können solche Zusammenhänge direkt als im Vorhinein aufgestellte Zusammenhänge in die Kennlinien oder Kennfelder eingeflossen sein. Gerade diese schnelle Umsetzung der Brennraumdruck-Messwerte in eine Beeinflussung des Entflammungszeitpunkts ermöglicht eine Durchführung des Verfahrens in ein- und demselben Arbeitszyklus, insbesondere während desselben Kompressionstakts.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Entflammungszeitpunkt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt wird, dass wenigstens eine Emission des wenigstens einen Brennraums im zeitlichen Mittel unter oder bei einem vorbestimmten Emissions-Grenzwert gehalten wird. Besonders bevorzugt wird der Entflammungszeitpunkt so gewählt, dass die wenigstens eine Emission möglichst nah an den vorbestimmten Emissions-Grenzwert herangebracht wird, ohne dass dieser überschritten wird. Dies erlaubt eine weitgehende Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine insbesondere in Hinblick auf ihren Wirkungsgrad.
Unter einer Emission des Brennraums wird hier insbesondere ein Schadstoff oder anderweitig unerwünschter Stoff, insbesondere eine Schadstoff-Konzentration oder eine Konzentration eines anderweitig unerwünschten Stoffs, im Abgas des Brennraums verstanden. Insbesondere wird unter einer Emission eine gesetzlich limitierte Emission verstanden. Die wenigstens eine Emission ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Stickoxid-Emission, einer Formaldehyd-Emission, einer Kohlenwasserstoff-Emission, einer Kohlenmonoxid-Emission, und einer Rußpartikel-Emission.
Alternativ oder zusätzlich wird der Entflammungszeitpunkt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt, dass ein Wirkungsgrad des Brennraums größer oder gleich einem vorbestimmten Wirkungsgrad-Grenzwerts gehalten wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Wirkungsgrad des Brennraums unter den vorbestimmten Wirkungsgrad-Grenzwert abfällt. Alternativ oder zusätzlich wird der Wirkungsgrad des Brennraums bevorzugt durch entsprechende Wahl des Entflammungszeitpunkts optimiert.
Alternativ oder zusätzlich wird der Entflammungszeitpunkt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt, dass eine Verbrennung mit Überschreitung zulässiger Parameter wie Spitzendruck oder Abgastemperatur in dem Brennraum vermieden wird. Auf diese Weise kann der Brennraum vor unzulässigen mechanischen und/oder thermischen Belastungen geschützt werden.
Alternativ oder zusätzlich wird der Entflammungszeitpunkt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt, dass ein Lastwechsel auf wenigstens eine Lastwechsel-Zielgröße abgestimmt, vorzugsweise geregelt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft das transiente Verhalten der Brennkraftmaschine optimiert werden. Die wenigstens eine Lastwechsel-Zielgröße ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer zeitlichen Dauer des Lastwechsels, einer Emission, und einem zu vermeidenden Verdichterpumpen.
Bei der Wahl des Entflammungszeitpunkts anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters werden alternativ oder zusätzlich bevorzugt weitere Emissionseigenschaften und/oder gesetzliche Rahmenbedingungen berücksichtigt.
Vorteilhafterweise werden zumindest drei der vorgenannten Bedingungen in Kombination miteinander erfüllt, wobei insbesondere zum einen die wenigstens eine Emission unter oder bei dem vorbestimmten Emissions-Grenzwert gehalten wird, wobei zum anderen der Wirkungsgrad des Brennraums optimiert, und zugleich eine Verbrennung mit Spitzendrucküberschreitung in dem Brennraum vermieden wird. Es ist insbesondere möglich, dass hierzu ein - insbesondere mehrdimensionales - Kennfeld verwendet wird, welches abhängig von dem bestimmten Frischladungsparameter Werte für den Entflammungszeitpunkt umfasst, bei denen eine Verbrennung mit Emissionen unter oder bei dem vorbestimmten Emissions-Grenzwert und zugleich mit - unter diesen Randbedingungen sowie Einhalten weiterer Grenzwerte, insbesondere einem Spitzendruck-Grenzwert - optimiertem Wirkungsgrad des Brennraums ermöglicht wird. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann dabei der Wert des maximal zulässigen Brennraumdrucks, das heißt der Brennraum-Spitzendruck, zumindest weitgehend freigegeben werden, wodurch ein Freiheitsgrad entsteht, der die zuvor beschriebene Optimierung ermöglicht. Dies schließt nicht aus, dass zumindest ein maximaler Spitzendruck-Grenzwert bestimmt wird, der nicht überschritten werden darf, um den Brennraum nicht unzulässig zu belasten. Jedenfalls wird aber bevorzugt auf eine Brennraumregelung mit Blick auf den Spitzendruck und insbesondere auf eine Brennraumgleichstellung verschiedener Brennräume auf einen gleichen Spitzendruck verzichtet, wodurch erst die entsprechende Optimierung des Wirkungsgrads unter Einhaltung der Emissionsgrenzen bei Vermeidung von Überschreitungen des maximal zulässigen Spitzendrucks möglich wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zu genau zwei verschiedenen Zeitpunkten in dem Kompressionstakt genau zwei Brennraumdruck-Messwerte gemessen werden, wobei der Entflammungszeitpunkt anhand der beiden Brennraumdruck-Messwerte gewählt wird. Es hat sich herausgestellt, dass hierzu zwei zu verschiedenen Zeiten in demselben Kompressionstakt gemessene Brennraumdruck-Messwerte ausreichen. Insbesondere sind diese ausreichend zur Bestimmung - sei es explizit oder implizit - der Zylinderfüllung, des Adiabatenexponenten, des Restgasanteils und damit des einzuregelnden Lambdawerts, sowie weiterhin zur - im Folgenden noch näher erläuterten - Plausibilisierung der Brennraumdruck-Messwerte selbst. Es können auch drei oder mehr Brennraumdruck-Messwerte zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte gegeneinander plausibilisiert werden, wobei ein Messfehler erkannt wird, wenn die Plausibilisierung ein negatives Ergebnis zurückgibt. Dies ermöglicht es insbesondere zu erkennen, ob der Brennraumdrucksensor ordnungsgemäß funktioniert oder etwa einen Defekt aufweist, oder ob gegebenenfalls die Auswertung der elektrischen Ausgangssignalwerte oder der Brennraumdruckwerte des Brennraumdrucksensors korrekt oder etwa fehlerhaft ist. Nur wenn die Plausibilisierung ein positives Ergebnis zurückgibt, also kein Defekt des Brennraumdrucksensors und/oder der Auswertung seiner Messwerte vorliegt, kann sicher aus den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten auf die Zylinderfüllung und den Restgasanteil geschlossen werden.
Die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte werden insbesondere anhand wenigstens eines thermodynamischen Zusammenhangs gegeneinander plausibilisiert. Als thermodynamischer Zusammenhang wird dabei bevorzugt wiederum die oben angeführte Adiabatengleichung (1) für die isentrope Zustandsänderung eines idealen Gases verwendet, wobei insbesondere geprüft wird, ob den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten überhaupt ein Adiabatenexponent zugeordnet werden kann, und ob dieser Adiabatenexponent innerhalb eines technisch sinnvollen Wertebereichs für den Brennraum liegt. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, kann auf einen Messfehler geschlossen werden. Ein solcher Messfehler kann sich insbesondere aus einem Defekt des Brennraumdrucksensors oder aus einer fehlerhaften Auswertung ergeben. Wird ein Messfehler festgestellt, kann ein entsprechender Fehlercode in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegt werden. Das Steuergerät nimmt dann bevorzugt eine Spitzendruckbegrenzung auf dem Zylinder, dann eine Leistungsreduktion vor, und gegebenenfalls wird eine entsprechende Meldung an den Betreiber der Brennkraftmaschine ausgegeben, sodass dieser näher untersuchen kann, woraus der Messfehler resultiert. Gegebenenfalls kann dann der Brennraumdrucksensor getauscht oder die Auswertung korrigiert werden. Gleichzeitig kann anhand der Brennraumdruck-Messwerte ein Bauteilschaden diagnostiziert werden, beispielsweise eine unzureichende Kompression durch Ventilabriss oder ein Loch im Kolben. Auch eine Glühzündung durch Öleintrag ist leicht detektierbar.
Eine konkrete Ausführungsform der Plausibilisierung der gemessenen Brennraumdruck-Messwerte gegeneinander sieht vor, dass zunächst geprüft wird, ob der erste Messwert der beiden Brennraumdruck-Messwerte, der zeitlich vor dem zweiten Brennraumdruck-Messwert liegt, höher ist als ein Erwartungswert. Der Erwartungswert ergibt sich dabei bevorzugt als Mittelwert, insbesondere als gleitender Mittelwert, aus den vorhergehenden ersten Brennraumdruck-Messwerten der vorhergehenden Arbeitszyklen, oder aber als vorbestimmter Wert. Entspricht der erste Messwert dem Erwartungswert, kann vorzugsweise auf eine weitere Plausibilisierung verzichtet werden. Entspricht der erste Messwert dem Erwartungswert nicht, und ist er beispielsweise höher als der Erwartungswert - insbesondere außerhalb eines vorbestimmten Erwartungs-Toleranzbereichs - wird bevorzugt geprüft, ob der erste Brennraumdruck-Messwert und der zweite Brennraumdruck-Messwert in dem Sinn zusammenpassen, dass ein - vorzugsweise für den Brennraum technisch sinnvoller - Adiabatenexponent aus den beiden Brennraumdruck-Messwerten ermittelt werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird auf einen Messfehler erkannt, und die Brennraumdruck-Messwerte werden nicht zur Wahl des Entflammungszeitpunkts herangezogen. Dieser wird dann vielmehr durch wenigstens eine übergeordnete Regelung zum Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmt. Passen die Brennraumdruck-Messwerte dagegen zusammen, in dem Sinn, dass ein technisch sinnvoller Adiabatenexponent ermittelt werden kann, wird bevorzugt der Entflammungszeitpunkt abhängig von den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten gewählt. Beispielsweise kann ein erster Brennraumdruck-Messwert, der höher ist als der Erwartungswert, auf eine erhöhte Zylinderfüllung hinweisen, während ein erster Brennraumdruck-Messwert, der niedriger ist als der Erwartungswert, auf eine geringere Zylinderfüllung hinweisen kann.
Dass der erste Brennraumdruck-Messwert höher oder niedriger als der Erwartungswert ist, bedeutet insbesondere, dass dieser - entweder nach oben oder nach unten - von dem vorbestimmten Erwartungs-Toleranzbereich abweicht, welcher um den Erwartungswert in vorbestimmter Weise, entweder fest vorgegeben oder als Resultat einer statistischen Auswertung vorangegangener Brennraumdruck-Messwerte, errichtet ist.
Wird eine erhöhte Zylinderfüllung festgestellt, kann der Entflammungszeitpunkt insbesondere nach spät, also näher zu einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts hin, verlagert werden, um ein zulässiges Spitzendruckniveau nicht zu überschreiten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Trendlinie, insbesondere durch Regressionsanalyse, an die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte angepasst wird, wobei für die Wahl des Entflammungszeitpunkts nur diejenigen Brennraumdruck-Messwerte, ausgewählt aus den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten, verwendet werden, die innerhalb eines vorgegebenen Anpassungs-Toleranzbereichs mit der angepassten Trendlinie übereinstimmen. Auch dies stellt eine Art der Plausibilisierung der Brennraumdruck-Messwerte dar und erhöht vorteilhaft die Genauigkeit des Verfahrens.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adiabatengleichung (1) als die Trendlinie verwendet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen betrieben wird, wobei die zyklusindividuelle Regelung - gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens - für jeden Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen durchgeführt wird. Auf diese Weise kann der Betrieb der Brennkraftmaschine optimiert werden, wobei insbesondere die Emissionen und/oder die Wirkungsgrade der einzelnen Brennräume einander angeglichen werden; dies allerdings nicht in Form einer expliziten Angleichung dieser Werte an einen vorbestimmten Mittelwert, sondern vielmehr als Folge der Optimierung dieser Parameter für jeden einzelnen Brennraum. Einer weitergehenden, expliziten Gleichstellung der Brennräume bedarf es dann nicht. Insbesondere bedarf es keiner globalen Gleichstellung eines Spitzendrucks für die verschiedenen Brennräume. Vielmehr kann dieser Parameter in vorteilhafter Weise freigegeben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zyklus individuellen Regelung - gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens - eine zylinderindividuelle Regelung zur separaten Ansteuerung der verschiedenen Brennräume überlagert ist. Diese zylinderindividuelle Regelung erfolgt insbesondere auf einer größeren Zeitskala als die zyklusindividuelle Regelung und berücksichtigt insbesondere Mittelwerte, die über eine Mehrzahl von Arbeitszyklen ermittelt werden. Aus der zylinderindividuellen Regelung kann insbesondere auch ein Wert für den Entflammungszeitpunkt eines individuellen Brennraums resultieren, der dann bevorzugt durch die zyklusindividuelle Regelung von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus angepasst, verändert oder korrigiert wird. Die zylinderindividuelle Regelung gibt vorzugsweise außerdem einen Zielkorridor für den Lambdawert vor, der in vorteilhafter Weise bei der Bestimmung des zyklusindividuellen Restgasanteils aus dem Adiabatenexponent oder direkt aus den elektrischen Ausgangssignalwerten des Brennraumdrucksensors berücksichtigt und insbesondere auch zur Plausibilisierung der Brennraumdruck-Messwerte herangezogen werden kann. Insbesondere kann die zylinderindividuelle Regelung dabei Daten aus einem Druckverlauf während des Ladungswechsels des Brennraums berücksichtigen. Die zylinderindividuelle Regelung kann weiterhin insbesondere Ansteuerparameter zur Ansteuerung eines Einlassventils, insbesondere einen Öffnungszeitpunkt und einen Schließzeitpunkt für das Einlassventil, und/oder zusätzliche Ansteuerbedingungen für eine Brennstoffzufuhr zu dem Brennraum, bevorzugt für einen Einspritzbeginn, ein Einspritzende und/oder eine Einspritzdauer, vorgeben, insbesondere Offsets oder Korrekturgrößen für diese Werte. Bei der als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine kann sie außerdem einen als Einspritzdruck bezeichneten Brennstoffdruck stromaufwärts eines Injektors berücksichtigen, vorzugsweise beeinflussen und insbesondere vorgeben. Die zylinderindividuelle Regelung umfasst weiterhin vorzugsweise eine Arbeitsprozessrechnung zur Berechnung des Verbrennungsvorgangs in jedem individuellen Brennraum, sowie eine Echtzeit-Druckverlaufsanalyse eines - insbesondere mittels des Brennraumdrucksensors - gemessenen Brennraumdruckverlaufs, der vorzugsweise auch während eines Arbeitstakts des Brennraums erfasst wird. Die zylinderindividuelle Regelung optimiert vorzugsweise den Betrieb der einzelnen Brennräume und plausibilisiert die erfassten Messwerte sowie die ausgegebenen Stellwerte. Auch sorgt die zylinderindividuelle Regelung bevorzugt dafür, dass dem jeweiligen Brennraum eine bestimmte Brennstoffmasse zugemessen wird. Diese bestimmte Brennstoffmasse kann vorzugsweise von einer weiteren überlagerten Regelung, die insbesondere für den gesamten Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, vorgegeben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zyklus individuellen Regelung - und vorzugsweise zusätzlich der zylinderindividuellen Regelung - eine globale Regelung zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine insgesamt überlagert ist. Diese globale Regelung dient insbesondere der Umsetzung einer Lastvorgabe durch einen Betreiber. Hierzu ist die globale Regelung bevorzugt eingerichtet, um den einzelnen Brennräumen zuzumessende Brennstoffmengen vorzugeben, wobei die globale Regelung zugleich eingerichtet ist, um eine Lastverteilung auf die verschiedenen Brennräume, insbesondere auch in Form einer Zylinderabschaltung, vorzunehmen. Die globale Regelung ist darüber hinaus eingerichtet, um einen Luftpfad der Brennkraftmaschine zu steuern, insbesondere um eine Aufladung der Brennkraftmaschine zu steuern. Hierzu können beispielsweise geeignete Klappen, insbesondere eine Drosselklappe, eine Verdichter-Bypassklappe eines Abgasturboladers, eine ansteuerbare Turbinen-Umgehungspfad-Klappe eines Abgasturboladers, eine variable Turbinengeometrie eines Abgasturboladers und/oder dergleichen angesteuert werden. Die globale Regelung ist weiterhin bevorzugt eingerichtet, um eine Abgasrückführung einzustellen.
Unter einem Luftpfad der Brennkraftmaschine wird insbesondere ein Strömungspfad verstanden, der sich von einer Einlassstelle, insbesondere einer Ansaugung, für Frischluft - wobei sich die Einlassstelle bevorzugt zu einer äußeren Umgebung der Brennkraftmaschine hin öffnet - bis zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine, insbesondere bis zu einem dem Brennraum zugeordneten Einlassventil, erstreckt.
Weiterhin ist die globale Regelung bevorzugt eingerichtet, um einen globalen Entflammungszeitpunkt vorzugeben. Dieser globale Entflammungszeitpunkt wird dann durch die zylinderindividuelle Regelung für die einzelnen Brennräume und schließlich weiter durch die zyklus individuelle Regelung für die einzelnen Arbeitszyklen verändert, korrigiert oder angepasst.
Die zyklusindividuelle Regelung des Entflammungszeitpunkts stellt somit eine letzte Instanz dar, welche den zuvor einerseits durch die globale Regelung und andererseits durch die zylinderindividuelle Regelung übergeordnet vorgegebenen Entflammungszeitpunkt überschreiben kann. Fällt die zyklus individuelle Regelung aus, wird der durch die zylinderindividuelle Regelung vorgegebene Entflammungszeitpunkt gewählt. Tritt auch an dieser Stelle ein Problem auf oder fällt die zylinderindividuelle Regelung aus, wird der Entflammungszeitpunkt durch die globale Regelung vorgegeben. Die Schwerpunktlage der Verbrennung kann über die Abgastemperatur unter anderem zylinderindividuell plausibilisiert werden.
Die globale Regelung ist bevorzugt auch eingerichtet, um eine globale Emissionsregelung für die Brennkraftmaschine durchzuführen, insbesondere um eine Abgasnachbehandlung zu steuern und/oder global den Entflammungszeitpunkt für die Brennräume so festzulegen, dass Emissionsgrenzwerte nach Möglichkeit eingehalten werden.
Dem wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine ist bevorzugt ein variabler Ventiltrieb - insbesondere für wenigstens ein Einlassventil - zugeordnet. Dabei werden ein Öffnungs- und/oder ein Schließzeitpunkt für das wenigstens eine Einlassventil bevorzugt ebenfalls durch die zylinderindividuelle Regelung vorgegeben.
Vorzugsweise wird der Ladungswechsel zwischen der zylinderindividuellen Regelung und der zyklusindividuellen Regelung plausibilisiert. Vorzugsweise wird die Zylinderfüllung oder der Restgasanteil anhand von Steuerzeiten für den Ladungswechsel, insbesondere Steuerzeiten eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils, plausibilisiert.
Vorzugsweise werden Werte einer Lambda-Sonde und einer Stickoxid-Sonde gegeneinander plausibilisiert. Alternativ oder zusätzlich werden wenigstens zwei Messwerte, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Messwert einer Lambda-Sonde, einem Messwert einer Stickoxid-Sonde, und einer Verdichterdrehzahl, insbesondere einer Turboladerdrehzahl, gegeneinander plausibilisiert. Vorzugsweise werden zur Plausibilisierung von wenigstens einem dieser Messwerte weitere Abgas-Messwerte herangezogen. Weiter kann auch gegen Messwerte auf der Einlassseite plausibilisiert werden, wie z.B. gegen das Signal eines Luftmengenmessers.
Bevorzugt wird auf zylinderindividuelle Regelmechanismen wie Ventilsteuerzeiten Einfluss genommen.
Vorzugsweise wird die Abgastemperatur gegen die Schwerpunktlage der Verbrennung plausibilisiert. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt der Ladedruck zu einer Verdichterdrehzahl, insbesondere Turboladerdrehzahl, plausibilisiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter ein Einspritzbeginn eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter eine Einspritzdauer eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann als der wenigstens eine Einspritzparameter auch ein Einspritzende eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter ein Einspritzdruck eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter ein Einspritzverlauf eingestellt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einspritzverlauf eingestellt wird, indem zusätzlich zu einer Haupteinspritzung eine Voreinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung aktiviert wird/werden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren ist bevorzugt in ein Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert, wobei das Steuergerät insbesondere eingerichtet ist zur Durchführung der zyklusindividuellen Regelung, der zylinderindividuellen Regelung, und/oder der globalen Regelung. Es ist aber auch möglich, dass diesen verschiedenen Reglungsebenen verschiedene Steuergeräte oder Teil-Steuergeräte zugeordnet sind, die in geeigneter Weise zusammenwirken, um das Verfahren durchzuführen.
In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit wenigstens einem Brennraum 3. Die hier dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist als Hubkolbenmaschine ausgebildet, wobei in dem Brennraum 3 ein Kolben 5 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hubbeweglich verlagerbar ist. Die Erfindung ist aber nicht auf Hubkolbenmaschinen beschränkt, sondern kann auch bei anderen Arten von Brennkraftmaschinen, insbesondere auch bei Rotationskolbenmotoren, Anwendung finden.
Dem Brennraum 3 ist allgemein eine Frischladungs-Zuführeinrichtung 7 zugeordnet, die eingerichtet ist zur Zufuhr von Frischladung, insbesondere Verbrennungsluft, in den Brennraum 3. Die Frischladungs-Zuführeinrichtung 7 umfasst dabei bevorzugt insbesondere wenigstens ein Einlassventil, vorzugsweise mit einem variablen Ventiltrieb. Statt eines Einlassventils oder zusätzlich zu einem Einlassventil kann auch ein Einlassschlitz oder eine Mehrzahl von Einlassschlitzen, Steuerscheiben, oder dergleichen vorgesehen sein. Die Frischladungs-Zuführeinrichtung umfasst bevorzugt weiterhin eine Ladedruck-Beeinflussungseinrichtung, vorzugsweise einen Kompressor oder einen Verdichter eines Abgasturboladers; weiterhin vorzugsweise wenigstens eine Klappe, sei es eine Drosselklappe, eine Abgasrückführklappe, eine Verdichterumblasungsklappe, und/oder dergleichen. Der Brennraum 3 kann unterteilt sein in einen Hauptbrennraum und eine Vorkammer, in die der Brennstoff eingebracht wird. Es ist möglich, die Frischladung, bestehend aus Ansaugluft, evtl. angereichert mit rückgeführtem Abgas, ausschließlich über die Verbindung zwischen Hauptbrennraum und Vorkammer, eine oder mehrere Überströmbohrungen, in die Vorkammer einzubringen, oder über eine zusätzliche Ansaugleitung zur Vorkammer, die mit einem Ventil zur Vorkammer verbunden ist. Ergänzend kann eine Abgasrückführung vorgesehen sein.
Dem Brennraum 3 ist außerdem eine Abgasabführeinrichtung 9 zugeordnet. Diese umfasst vorzugsweise wenigstens ein Auslassventil, welchem bevorzugt ein variabler Ventiltrieb zugeordnet ist. Weiterhin umfasst die Abgas-Abführeinrichtung 9 bevorzugt wenigstens ein insbesondere ansteuerbares Abgasnachbehandlungselement wie beispielsweise eine Einspritzeinrichtung zur Einspritzung eines Reduktionmittels in einen Abgaspfad der Brennkraftmaschine 1. Die Abgas-Abführeinrichtung kann außerdem eine Turbine, insbesondere eine Turbine eines Abgasturboladers, aufweisen, sowie einen Turbinen-Umgehungspfad, vorzugsweise mit einer ansteuerbaren Turbinen-Umgehungspfad-Klappe zur Steuerung oder Regelung einer Turbinenumblasung. Auch diese kann bevorzugt angesteuert werden, um einen Ladedruck in dem Luftpfad der Brennkraftmaschine 1 zu beeinflussen.
Dem Brennraum 3 ist außerdem eine Entflammungseinrichtung 11 zugeordnet, die eingerichtet ist zur Definition eines Entflammungszeitpunkts in dem Brennraum 3. Die Entflammungseinrichtung 11 ist bei der vorliegend als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 1 als Injektor zur Direkteinbringung von Dieselbrennstoff in den Brennraum 3 ausgebildet sein. Durch geeignete Ansteuerung der Entflammungseinrichtung 11 kann insbesondere der Entflammungszeitpunkt gewählt werden, indem wenigstens ein Einspritzparameter eingestellt wird. Diese Entflammungseinrichtung kann auch in eine Vorkammer münden.
Als der wenigstens eine Einspritzparameter wird bevorzugt ein Einspritzbeginn, und/oder eine Einspritzdauer, und/oder ein Einspritzdruck, und/oder ein Einspritzverlauf eingestellt. Der Einspritzverlauf wird bevorzugt eingestellt, indem zusätzlich zu einer Haupteinspritzung eine Voreinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung aktiviert wird/werden.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Steuergerät 13 auf, das eingerichtet ist zur Steuerung und/oder Regelung eines Betriebs der Brennkraftmaschine 1, wobei das Steuergerät 13 mit der Frischladungs-Zuführeinrichtung 7, der Abgas-Abführeinrichtung 9 und der Entflammungseinrichtung 11 wirkverbunden ist, um den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu steuern oder zu regeln. Bei dem Steuergerät 13 kann es sich auch um eine Mehrzahl separater, jedoch in geeigneter Weise miteinander wirkverbundener und untereinander kommunizierender Steuergeräte handeln.
Das Steuergerät 13 ist hier insbesondere mit einem Brennraumdrucksensor 15 wirkverbunden, der eingerichtet und angeordnet ist, um einen momentanen Brennraumdruck in den Brennraum 3 - insbesondere zeitabhängig - zu erfassen. Der Brennraumdrucksensor 15 ist bevorzugt als Druckmessquarz ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann als Brennraumdrucksensor 15 ein Vorkammer-Druckmessquarz verwendet werden.
Das Steuergerät 13 weist bevorzugt zumindest drei - gegebenenfalls virtuelle - Teil-Steuergeräte auf, nämlich ein erstes Teil-Steuergerät 17 zur Durchführung einer globalen Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine 1, ein zweites Teil-Steuergerät 19 zur Durchführung einer zylinderindividuellen Brennraumregelung für die Brennräume 3 der Brennkraftmaschine 1, und schließlich ein drittes Teil-Steuergerät 21, das eingerichtet ist zur Durchführung einer zyklus individuellen Regelung der Brennräume 3. Die Teil-Steuergeräte 17, 19, 21 können zumindest teilweise als separate Steuergeräte ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass ihre Funktionalitäten - zumindest teilweise, beispielsweise als Software-Module, Objekte oder dergleichen - in ein zentrales Steuergerät 13 der Brennkraftmaschine 1 implementiert sind, insbesondere in ein Motorsteuergerät, vorzugsweise in eine sogenannte Engine Control Unit (ECU).
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1.
Dabei ist vorgesehen, dass in einem Arbeitszyklus des Brennraums 3 zeitlich vor einem Entflammungsereignis wenigstens ein Frischladungsparameter bestimmt wird, der wenigstens eine Eigenschaft einer Frischladung in dem Brennraum 3 charakterisiert, wobei - in der zyklusindividuellen Regelung - somit insbesondere in dem dritten Teil-Steuergerät 21, ein Entflammungszeitpunkt desselben Arbeitszyklus, insbesondere desselben Kompressionstakts, abhängig von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter gewählt wird. Dies wird hier insbesondere durchgeführt durch das dritte Teil-Steuergerät 21, welches in Abhängigkeit von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter einen ersten, zyklusindividuellen Korrekturwert 23 für den Entflammungszeitpunkt ausgibt.
Bevorzugt werden in dem Kompressionstakt zu verschiedenen Zeiten innerhalb des Kompressionstakts verschiedene, einen momentanen Brennraumdruck in dem Brennraum 3 charakterisierende Brennraumdruck-Messwerte mittels des Brennraumdrucksensors 15 gemessen, wobei der Entflammungszeitpunkt abhängig von den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten gewählt wird.
Als Brennraumdruck-Messwerte werden dabei auf der Ebene des dritten Teil-Steuergeräts 21 bevorzugt elektrische Ausgangssignalwerte 25, insbesondere von dem Brennraumdrucksensor 15 direkt ausgegebene Spannungswerte, verwendet. Dies erlaubt eine besonders schnelle Durchführung des Verfahrens. Alternativ ist es aber auch möglich, von dem Brennraumdrucksensor erfasste Brennraumdruckwerte 27 zu verwenden.
Der Entflammungszeitpunkt, hier insbesondere der erste Korrekturwert 23, wird bevorzugt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt, dass wenigstens eine Emission, insbesondere Stickoxidemissionen, des wenigstens einen Brennraums 3 im zeitlichen Mittel unter oder bei einem vorbestimmten Emissions-Grenzwert gehalten werden, und/oder dass ein Wirkungsgrad des Brennraums 3 größer oder gleich einem vorbestimmten Wirkungsgrad-Grenzwert gehalten oder bevorzugt optimiert wird, und/oder dass eine Überschreitung des maximal zulässigen Spitzendrucks in dem Brennraum 3 vermieden wird. Besonders bevorzugt werden alle drei genannten Bedingungen - insbesondere unter Optimierung des Wirkungsgrads - erfüllt. Es ist bevorzugt zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass ein Lastwechsel durch geeignete Wahl des Entflammungszeitpunkts auf wenigstens eine Lastwechsel-Zielgröße abgestimmt wird.
Bevorzugt werden zu zwei verschiedenen Zeitpunkten in dem Kompressionstakt zwei Brennraumdruck-Messwerte gemessen, wobei der Entflammungszeitpunkt anhand der beiden gemessenen Brennraumdruck-Messwerte gewählt wird. Die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte werden bevorzugt gegeneinander plausibilisiert, wobei ein Messfehler erkannt wird, wenn die Plausibilisierung ein negatives Ergebnis zurückgibt. Selbstverständlich können auch zu mehr als zwei verschiedenen Zeitpunkten Brennraumdruck-Messwerte gemessen werden, woraus dann mehr als zwei Brennraumdruck-Messwerte resultieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine Trendlinie, insbesondere durch Regressionsanalyse, an die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte angepasst, wobei für die Wahl des Entflammungszeitpunkts nur diejenigen Brennraumdruck-Messwerte, ausgewählt aus den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten, verwendet werden, die innerhalb eines vorgegebenen Anpassungs-Toleranzbereichs mit der angepassten Trendlinie übereinstimmen. Vorzugsweise wird die Adiabatengleichung (1) als Trendlinie verwendet.
Die Brennkraftmaschine 1 weist bevorzugt eine Mehrzahl von Brennräumen 3 auf, wobei der zyklus individuellen Regelung eine zylinderindividuelle Regelung - hier in Form des zweiten Teil-Steuergeräts 19 - zur separaten Ansteuerung der verschiedenen Brennräume 3 überlagert ist. Die zyklus individuelle Regelung wird dabei bevorzugt für jeden Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen 3 durchgeführt.
Der zyklus individuellen Regelung - und hier auch der zylinderindividuellen Regelung - ist wiederum - insbesondere in Form des ersten Teil-Steuergeräts 17 - eine globale Regelung zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 insgesamt überlagert.
Zur Funktionsweise des Verfahrens zeigt sich im Detail Folgendes: Die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte 25 werden bevorzugt in einem Plausibilisierungsschritt 29 plausibilisiert, wobei hierzu Informationen 30 aus dem ersten Teil-Steuergerät 17, das heißt aus der globalen Regelung, verwendet werden. Insbesondere wird ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1, vorzugsweise definiert durch ein momentanes Drehmoment und eine momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, zur Plausibilisierung, insbesondere zur Vorgabe technisch sinnvoller Adiabatenexponenten und/oder Druckwerte, herangezogen. Liefert die Plausibilisierung ein positives Ergebnis zurück, sind also die Brennraumdruck-Messwerte plausibel, werden diese in dem dritten Teil-Steuergerät 21 verwendet, um den ersten Korrekturwert 23 zu bestimmen. Dabei berücksichtigt das dritte Teil-Steuergerät 21 bevorzugt weitere Informationen aus dem ersten Teil-Steuergerät 17, insbesondere ebenfalls mit Blick auf den momentanen Last- oder Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1.
Sind dagegen die Brennraumdruck-Messwerte 25 nicht plausibel, liefert also die Plausibilisierung ein negatives Ergebnis zurück, wird dies an das zweite Teil-Steuergerät 19 gemeldet, wobei dieses vorzugsweise eine Diagnosemaßnahme zur Ermittlung des Messfehlers durchführt, gegebenenfalls eine Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine 1 ausgibt, und/oder einen zweiten Korrekturwert 31 zur zylinderindividuellen Korrektur des Entflammungszeitpunkts entsprechend anpasst.
Auch im Übrigen bestimmt das zweite Teil-Steuergerät 19 bevorzugt den zweiten Korrekturwert 31, insbesondere aufgrund der Brennraumdruckwerte 27, mithin der ausgewerteten Brennraumdruck-Messwerte 25, welche das zweite Teil-Steuergerät 19 als Eingangswerte erhält. Es erhält bevorzugt außerdem von dem ersten Teil-Steuergerät 17 in hier nicht dargestellter Weise Informationen über die momentan einzubringende Brennstoffmasse, die bevorzugt - insbesondere zur Lastverteilung innerhalb der Brennkraftmaschine 1 - auch bereits von der globalen Regelung brennraumindividuell vorgegebenen wird, sowie weitere Parameter wie beispielsweise Klappenpositionen.
Das zweite Teil-Steuergerät 19 führt bevorzugt eine Echtzeit-Druckverlaufsanalyse sowie eine Arbeitsprozessrechnung durch, wobei insbesondere ein Spitzendruck sowie eine Kurbelwinkelposition des Brennraumdruck-Maximums bestimmt werden. Auch hierdurch kann der Betrieb des Brennraums 3 hinsichtlich Verbrennungsanomalien, beispielsweise einer einsetzenden Spitzendrucküberschreitung, überwacht werden, wobei solchen Anomalien gegebenenfalls entgegengewirkt werden kann. Das zweite Teil-Steuergerät 19 bestimmt außerdem Ansteuerparameter 33 für die Frischladungs-Zuführeinrichtung 7 und/oder die Entflammungseinrichtung 11, insbesondere Öffnungs- und Schließzeitpunkte für das wenigstens eine Einlassventil, und/oder weitere Einspritzparameter zur Direkteinspritzung des Dieselbrennstoffs in den Brennraum 3, insbesondere zur Zumessung einer Brennstoffmasse, gegebenenfalls Vorkammer-Einbringungsparameter zur Einbringung einer bestimmten Brennstoffmasse in eine gespülte Vorkammer, und/oder einen Einspritzdruck stromaufwärts der Entflammungseinrichtung 11.
Der erste Korrekturwert 23 und der zweite Korrekturwert 31 werden miteinander verrechnet zu einem dritten, zyklus- und zylinderindividuellen Korrekturwert 35. Dieser wird wiederum mit einem durch die globale Regelung, mithin das erste Teil-Steuergerät 17 vorgegebenen Entflammungszeitpunkt-Vorgabewert 37 verrechnet, sodass schließlich ein Entflammungszeitpunkt-Ansteuerwert 39 resultiert, durch den der Entflammungszeitpunkt in dem Brennraum 3 vorgegeben wird, wobei insbesondere der wenigstens eine Einspritzparameter für die Direkteinspritzung des Dieselbrennstoffs in den Brennraum 3 mittels des Entflammungszeitpunkt-Ansteuerwerts 39 eingestellt wird, oder wobei der Entflammungszeitpunkt-Ansteuerwert 39 der wenigstens eine Einspritzparameter ist.
Die globale Regelung, mithin hier das erste Teil-Steuergerät 17, bestimmt vorzugsweise eine globale Brennstoffmasse 41 zur Umsetzung einer Lastanforderung, die insbesondere durch einen Betreiber der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben wird, sowie vorzugsweise weiterhin - wie bereits angedeutet - eine Lastverteilung auf die verschiedenen Brennräume 3, bis hin zu einer Brennraumabschaltung.
Sie gibt weiterhin bevorzugt Parameter für die Frischladungs-Zuführeinrichtung 7 vor, insbesondere Luftpfad-Steuerparameter 43, wie Klappenpositionen, Einstellungen einer Verdichter- oder Turbinenumblasung, Einstellungen einer variablen Turbinengeometrie eines Abgasturboladers, und/oder dergleichen. Insbesondere die globale Brennstoffmasse 41 sowie die Luftpfad-Steuerparameter 43 bestimmen in einem hier schematisch dargestellten Funktionsblock 45 Leistung und Aufladung der Brennkraftmaschine 1.
Das erste Teil-Steuergerät 17 erhält als Eingangswerte vorzugsweise einen gewünschten Betriebspunkt 47 für die Brennkraftmaschine 1, der insbesondere definiert ist durch eine gewünschte Drehzahl sowie ein gewünschtes aufzubringendes Drehmoment.
Die Teil-Steuergeräte 17, 19, 21 tauschen bevorzugt untereinander Parameter und Werte aus, was hier nicht im Detail dargestellt ist, insbesondere um zusätzliche Plausibilisierungen durchzuführen oder solche Parameter zusätzlich zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 auf den verschiedenen Steuerungsebenen zu berücksichtigen.
Insbesondere werden zur Plausibilisierung der verschiedenen Steuerparameter und insbesondere auch des ersten Korrekturwerts 23 weitere Größen wie beispielsweise Temperaturen im Abgaspfad, Werte einer Lambda-Sonde, Werte einer Stickoxidsonde, und/oder dergleichen herangezogen.
Das erste Teil-Steuergerät 17 steuert bevorzugt auch noch in hier nicht dargestellter Weise eine Abgasnachbehandlung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise durch Ansteuerung einer Einspritzeinrichtung zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgaspfad.
Bezüglich der momentanen Leistung und Aufladung der Brennkraftmaschine 1 besteht eine Rückkopplung 49 zu dem ersten Teil-Steuergerät 17, sodass dieses die Leistung und Aufladung der Brennkraftmaschine 1 regeln kann.
Insgesamt ist mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren und der Brennkraftmaschine 1 ein insbesondere in Hinblick auf Emissionen sowie einen Wirkungsgrad der einzelnen Brennräume 3 optimierter Betrieb der Brennkraftmaschine 1 durch eine Kombination aus zyklus-, und zylinderindividueller Regelung überlagert mit einer globalen Regelung möglich.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei - in einem Arbeitszyklus eines Brennraums (3) der Brennkraftmaschine (1) zeitlich vor einem Entflammungsereignis wenigstens ein Frischladungsparameter bestimmt wird, der wenigstens eine Eigenschaft einer Frischladung in dem Brennraum (3) charakterisiert, wobei - ein Entflammungszeitpunkt desselben Arbeitszyklus abhängig von dem wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameter gewählt wird, wobei - als Brennkraftmaschine ein Dieselmotor betrieben wird, und wobei - der Entflammungszeitpunkt gewählt wird, indem wenigstens ein Einspritzparameter für eine Direkteinspritzung eines Dieselbrennstoffs in den Brennraum eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu verschiedenen Zeiten innerhalb eines selben Kompressionstakts verschiedene, einen momentanen Brennraumdruck in dem Brennraum (3) charakterisierende Brennraumdruck-Messwerte gemessen werden, wobei der dem Arbeitszyklus des Kompressionstakts zugeordnete Entflammungszeitpunkt abhängig von den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumdruck-Messwerte mit einem dem Brennraum (3) zugeordneten Brennraumdrucksensor (15) gemessen werden, wobei als Brennraumdruck-Messwerte von dem Brennraumdrucksensor (15) erfasste Brennraumdruckwerte (27) und/oder elektrische Ausgangssignalwerte (25) des Brennraumdrucksensors (15) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entflammungszeitpunkt anhand des wenigstens einen bestimmten Frischladungsparameters so gewählt wird, dass a) wenigstens eine Emission des wenigstens einen Brennraums (3) im zeitlichen Mittel unter oder bei einem vorbestimmten Emissions-Grenzwert gehalten wird, und/oder dass b) ein Wirkungsgrad des Brennraums (3) größer oder gleich einem vorbestimmten Wirkungsgrad-Grenzwert gehalten wird, oder dass der Wirkungsgrad des Brennraums (3) maximiert wird, und/oder dass c) eine Überschreitung eines maximal zulässigen Spitzendrucks in dem Brennraum (3) vermieden wird, und/oder dass d) ein Lastwechsel auf wenigstens eine Lastwechsel-Zielgröße abgestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu zwei verschiedenen Zeitpunkten in demselben Kompressionstakt zwei Brennraumdruck-Messwerte gemessen werden, wobei der Entflammungszeitpunkt anhand der zwei Brennraumdruck-Messwerte gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte gegeneinander plausibilisiert werden, wobei ein Messfehler erkannt wird, wenn die Plausibilisierung ein negatives Ergebnis zurückgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trendlinie insbesondere durch Regressionsanalyse an die gemessenen Brennraumdruck-Messwerte angepasst wird, wobei für die Wahl des Entflammungszeitpunkts nur diejenigen Brennraumdruck-Messwerte, ausgewählt aus den gemessenen Brennraumdruck-Messwerten, verwendet werden, die innerhalb eines vorgegebenen Anpassungs-Toleranzbereichs mit der angepassten Trendlinie übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Adiabatengleichung als die Trendlinie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Mehrzahl von Brennräumen (3) betrieben wird, wobei die zyklus individuelle Regelung für jeden Brennraum (3) der Mehrzahl von Brennräumen (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zyklusindividuellen Regelung eine zylinderindividuelle Regelung zur separaten Ansteuerung der verschiedenen Brennräume (3) überlagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zyklus individuellen Regelung - und vorzugsweise der zylinderindividuellen Regelung - eine globale Regelung zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (1) insgesamt überlagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter - ein Einspritzbeginn, und/oder - eine Einspritzdauer, und/oder - ein Einspritzdruck, und/oder - ein Einspritzverlauf eingestellt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine Einspritzparameter ein Einspritzverlauf eingestellt wird, indem zusätzlich zu einer Haupteinspritzung eine Voreinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung aktiviert wird/werden.
Brennkraftmaschine (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.